TRANSPORTES E OBRAS DE TERRA

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1 TRANSPORTES E OBRAS DE TERRA Movimento de Terra e Pavimentação 1º semestre / 2016 Disponível em: 1

2 ÍNDICE PLANO DE ENSINO-APRENDIZAGEM - EMENTA AULA 1 - OS SOLOS SOB O PONTO DE VISTA DA ENGENHARIA CIVIL E HISTÓRIA DA MECÂNICA DOS SOLOS Definição de solo sob o ponto de vista da Engenharia Origem e constituição Transporte Evoluçao Pedogenética O Perfil do Solo História da Mecânica dos Solos (breve relato) AULA 2 - PREPARO DE AMOSTRAS DE SOLOS PARA ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO Preparo da amostra Preparo da amostra para compactação (ABNT NBR ) Preparo da amostra para caracterização Preparo da amostra para granulometria com sedimentação, umidade higroscópica e densidade dos grãos Preparo da amostra para ensaios de Limites de Atterberg AULA 3 - ÍNDICES FÍSICOS Introdução Índices Físicos Entre Três Fases Água no solo Umidade Massa Específica Aparente Seca Fator de Conversão Massa Específica dos Sólidos AULA 4 - ANÁLISE GRANULOMETRIA DE SOLOS Forma das partículas Classificação dos solos baseados em critérios granulométricos Caráter laterítico Granulometria - procedimento de ensaio Diâmetro efetivo, Coeficientes de uniformidade e Curvatura: Diâmetro efetivo (D10) Coeficiente de uniformidade (Cu) Coeficiente de curvatura (Cc) Compacidade Compacidade relativa (ID) Determinar a compacidade relativa (ID) para a amostra de areia Exercício Exercício AULA 05 DIRETRIZES PARA EXECUÇÃO DE SONDAGENS SONDAGENS A TRADO Identificação Equipamentos Execução da sondagem Amostragem Apresentação dos resultados POÇOS DE INSPEÇÃO EM SOLOS Identificação Equipamento Execução Amostragem Apresentação dos resultados SONDAGENS DE SOLOS A PERCUSSÃO Identificação Equipamento

3 Execução da sondagem STANDARD PENETRATION TEST (SPT) Amostragem Apresentação dos resultados Resistência SPT SONDAGENS ROTATIVAS Identificação Equipamento Execução da Sondagem AULA 6 - COMPACTAÇÃO DE SOLOS Curva de compactação Proctor Saturação Processos de compactação em laboratório Compactação de campo Equipamentos e processo de compactação Introdução Ensaios Compressão Simples Resistência à Tração por Compressão Diametral (RT) CBR California Bearing Ratio Índice de Suporte Califórnia ISC O Ensaio Moldagem do Corpo-de-prova Expansão Ruptura ISC Exercício resolvido Exercíco Módulo de Resiliência Módulo de Elasticidade Módulo de Resiliência AULA 08 LIMITES DE ATTERBERG AULA 09 CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS TRB Classificação Transportation Research Board - TRB de Solos AULA 10 METODOLOGIA MINIATURA COMPACTADO TROPICAL - MCT Introdução Metodologia MCT MINI-MCV e Classificação Geotécnica MCT Classificação Geotécnica MCT Expedita - Método das Pastilhas Classificação MCT - Convencional MINI-Proctor e Ensaios Complementares Mini-Proctor Mini-CBR e Expansão Contração Infiltrabilidade Sorção Permeabilidade AULA 11 CONTROLE DE CAMPO Introdução Controle por Deflexão Viga de Benkelman LWD FWD Módulo de Compressibilidade - Placa de carga dinâmica Cone Sul Africano Controle de Umidade de Campo Método da Estufa Método da Frigideira Método do Álcool Método do Speedy Método Nuclear Outros Métodos Calibração dos Equipamentos Controle da Densidade de Campo ( campo)

4 Método de Cravação de Cilindro Método do Frasco de Funil-Areia Método nuclear Grau de compactação Tratamento estatístico de conformidade para aceitação Escavação, transporte e compactação Empolamento ANEXO - I

5 Lista de Figuras Figura 1 - Perfil hipotético de um solo Figura 2 - Quartzo Figura 3 Grafita Figura 4 - Calcita Figura 5 - Mica Figura 6 - Talco Figura 7 - Feldspato Figura 8 - Diamante Figura 9 - Escala do tempo geológico Figura 10 - Roteiro esquemático de preparo de amostras de solo para ensaios de caracterização Figura 11 - Fases constituintes do solo Figura 12 Grumo de solo Figura 13 Formas de presença da água no solo Figura 14 - Esquema para obtenção do volume da amostra por pesagem hidrostática Figura 15 - Formas das partículas Figura 16 - Areia de rio esféricas angulares Figura 17 - Esferas de vidro, esféricas arredondadas Figura 18 - Tipos de distribuições granulométricas Figura 19 - Tipos de trado manual Figura 20 - Cavadeira manual articulada Figura 21 - Trado manual com haste prolongadora Figura 22 - Sarilho Figura 23 - Sarilho instalado em poço Figura 24 - Poço de sondagem Figura 25 - Poço (trincheira) com revestimento em madeira Figura 26 - Tripé Figura 27 - Amostra extraída do barrilete amostrador Figura 28 - Ferramenta de perfuração Trépano Figura 29 - Esquema de umfuro de sondagem à percursão Figura 30 - Sentido da circulação de lavagem Figura 31 - Folha de ensaio de levantamento de um perfí de sondagem SPT Figura 32 - Sonda rotativa Figura 33 - Retentores de testemunhos Figura 34 - Curva de Compactação Figura 35 - Equipamentos utilizados moldes e soquetes Figura 36 - Ramo seco e úmido da curva de compactação Figura 37 - Frequência e amplitude Figura 38 - Rolos metálicos lisos de três rodas: Figura 39 - Rolos metálicos lisos em tandem: Figura 40 - Rolos pés-de-carneiro: Figura 41 - Rolos liso rebocados

6 Figura 42 - Rolos pés de carneiro estático Figura 43 - Rolo de pneu estático Figura 44 - Placas de impacto Figura 45 - Soquetes de impacto (sapos mecânicos) Figura 46 - Rolos pé de carneiro vibratório Figura 47 - Rolos metálicos lisos, vibratórios Figura 48 - Rolo pneumático: Figura 49 Ensaio de compactação Proctor - resolvido Figura 50 - Folha de ensaio de compactação de aula prática Figura 51 - Ensaios de resistência em solos Figura 52 - Rigidez de materiais Figura 53 - Corpo-de-prova solicitado por forças opostas de igual valor por dois frisos Figura 54 - Compressão diametral - distribuição das tensões de tração e compressão nos eixos horizontais e verticais respectivamente Figura 55 - Molde cilíndrico Figura 56 - Soquete tipo grande Figura 57 - Disco espaçador Figura 58 - Régua biselada Figura 59 - Peso anelar Figura 60 - Prato perfurado Figura 61 - Tripé do extensômetro Figura 62 - Conjunto + tripé de expansão Figura 63 - Prensa de ISC elétrica Figura 64 - Gráfico da Penetração do ensaio de ISC Figura 65 - corpo-de-prova 10 cm x 20 cm Figura 66 - Câmara triaxial Figura 67 - esquema de aplicação de tensões nos carregamentos Figura 68 - Deslocamentos ocasionados pela ação das tensões Figura 69 - Lei de Hooke Generalizada Figura 70 - Módulo de resiliência constante para materiais cimentados Figura 71 - Módulo de resiliência de materiais granulares Figura 72 - Esquema da variação do módulo de resiliência de solos coesivos Figura 73 - Representação do módulo de resiliência para solos granulares coesivos Figura 74 - Esquema log x log para materiais granulares coesivos Figura 75 - Variações de tensões causadas por uma carga móvel Pinto (2002) Figura 76 - Folha de ensaio de módulo de resiliência de um solo arenoso Figura 77 - Gráfico do ensaio de módulo de resiliência Figura 78 - Roteiro Classificatório de Solos Figura 79 - Distribuição granulométrica dos materiais da tabela Figura 80- Quadro de classificação HRB Figura 81 - Cilindro e soquete de Iowa Seção plena Figura 82 - Cilindro e soquete Proctor 1000 cm Figura 83 - Suporte de moldagem equipamento de Iowa Figura 84 - Cilindro de CBR 2000 cm Figura 85 Equipamento de compactação do Parsons Figura 86 Ensaio de compactação Mini Proctor

7 Figura 87 - Ensaio de Curva de Compactação/M-CBR e Expansão Figura 88 Dispositivo de contração Figura 89 - Placa porosa e cilindro Figura 90 - Tubo e suporte ajustável Figura 91 Permeâmetro de carga variável Figura 92 - Posicionamento da viga Benkelman Figura 93 - Deflexão com a saída do caminhão Figura 94 - LWD Figura 95 - Esquema do equipamento LWD Figura 96 Equipamento FWD Figura 97 Detalhe da placa e dos geofones Figura 98 Equipamento Kuab - Disponível em: Figura 99 Forma de auscultação do pavimento Figura Placa de carga dinâmica Figura 101 Esquema do equipamento DCP Figura 102 Equipamento speedy Figura 103 Densímetro nuclear Figura 104 Esquema de medição Figura 105 curva de calibração do speddy Figura 106 Cilindros para cravação e haste com guia Figura 107 Processo de abertura do furo Figura 108 Espessura da camada e peso de solo coletada Figura 109 Frasco do funil areia apoiado sobre o furo

8 Lista de Tabelas Tabela 1 - Dimesões dos grãos dos solos conforme ABNT NBR 6502 (1995) Tabela 2 - Escalas granulométricas adotadas pela A.S.T.M., A.A.S.H.T.O, M.I.T. e ABNT Tabela 3 - Compacidade x SPT Tabela 4 - Consistência x SPT Tabela 5 - Energia de compactação e características dos moldes e soquetes Tabela 6 - Tipo de equipamento associado ao tipo de material Tabela 7 - Fator de correção para 1,0 h/d 2, Tabela 8 - Energia de compactação e características dos moldes e soquetes Tabela 9 - Pressões padrão para o ensaio de ISC Tabela 10 Procedimento de determinação do ISC Tabela 11 Classificação HRB Tabela 12 Penetração x carga Tabela 13 Correlação temperatura x pressão do speedy Tabela 14 Valores de K Tabela 15 Determinação do custo

9 Lista de Símbolos e Unidades # Peneira kg quilograma kgf quilograma força m metro cm centímetro cm3 centímetro cúbico mm milímetro diâmetro o C grau Celsius g grama km quilômetro 9

10 1. IDENTIFICAÇÃO PLANO DE ENSINO-APRENDIZAGEM - EMENTA 2016 Departamento: TRANSPORTES E OBRAS DE TERRA Curso: Superior de Tecnologia em Construção Civil - Modalidade Movimento de Terra e Pavimentação Disciplina: Mecânica dos Solos Sigla: MEC SOLO Código: 4305 Carga Horária Semanal: 06 ha Carga Horária Total: 120 ha Disciplina obrigatória x 40 ha optativa eletiva laboratório x 80 ha Número Máximo de Alunos: 40 Período: Noturno Semestre: 3º Professor Responsável: Dr. Edson de Moura Professor (es): Dr. Edson de Moura Auxiliar (es) Docente: Rafael Henrique Freire de Godoy 2. EMENTA Utilização do solo como material a ser empregado em obras de construção civil, com base nos conceitos geotécnicos, emprego da metodologia MCT, verificação da resistência dos solos como camada de pavimentos. 3. OBJETIVOS a) Conceituar solos sob o ponto de vista tecnológico. b) Conhecer os procedimentos de executar sondagens em solo. c) Avaliar os resultados dos ensaios de Limites de Atterberg, dos índices físicos e de granulometria. d) Identificar e aplicar os parâmetros dos ensaios de compactação e de resistência de solos. e) Executar ensaios de classificação de solos e ensaios correlatos à metodologia MCT. f) Distinguir os tipos de classificações de solos HRB e MCT. g) Avaliar os resultados de ensaio de controle de campo. 10

11 4. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 1) Diferir a definição de solos sob ponto de vista: pedológico, geológico e tecnológico (teoria); 2) Sondagens a trado, à percussão e rotativa; tipos de exploração do solo; poços de inspeção (teoria); 3) Índices Físicos: teor de umidade; peso específico dos grãos do solo; peso específico aparente; saturação e índice de vazios (teoria e laboratório). 4) Granulometria, grossa, fina e com sedimentação (teoria e laboratório); 5) Compactação Proctor (teoria e laboratório); 6) Tensões e deformações de solos (teoria); 7) Resistência: à tração por compressão diametral e compressão simples e Módulo de resiliência (teoria); e o ensaio de CBR (teoria e laboratório) 8) Limites de Atterberg: liquidez (LL) e plasticidade (LP) (teoria e laboratório); 9) Ensaios de classificação M-MCV e ensaios correlatos à metodologia MCT (teoria e laboratório); 10) Classificação: HBR e MCT (teoria e laboratório); 11) Controles de campo: de umidade, de densidade e grau de compactação (teoria e laboratório); 12) Permeabilidade: carga variável e constante (teoria e laboratório). 5. ESTRATÉGIAS Aulas teóricas - 40 ha - Dialogada em sala de aula com uso de apostila do curso. - Resolução de exercícios. Aulas de laboratório - 80 ha - Os alunos, preferencialmente em grupos, executam ensaios pertinentes às aulas teóricas e, no desenvolvimento dos ensaios, os alunos fazem uso de notas de aula que trás os procedimentos de cada ensaio. - Constam da apostila do curso os procedimentos de ensaios bem como as folhas de ensaio pertinentes aos mesmos. - Após a realização dos ensaios, os alunos limpam e guardam os equipamentos utilizados. - Os resultados dos ensaios são apresentados em forma de relatórios individuais ou em grupos entregues 15 dias após aula. Atividade extraclasse (exercícios, relatórios etc.), até 08 ha. 6. CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO O processo de avaliação consiste na aplicação de quatro provas denominadas de P 1, P 2 P 3 e P 4. Aplicam-se também duas provas substitutivas denominadas de P S1 e P S2 que deverão substituir a menor nota entre a P 1, P 2 e P 3, P 4, respectivamente, com conteúdo correspondente à prova a ser substituída. 11

12 onde: M F = Média Final P 1, P 2, P 3 e P 4 = Provas 7. REFERÊNCIAS 7.1. Bibliografia básica MASSAD, Faiçal. Obras de terra. Curso básico de geotecnia. 1.ed. São Paulo: Oficina de Textos, p. PINTO, Carlos de Sousa. Curso básico de mecânica dos solos. 3. ed. São Paulo: Oficina de Textos, p Bibliografia complementar CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos solos e suas aplicações. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, p. v.1. MOURA, Edson de. Apostila de mecânica dos solos, (2011). Disponível em < NOGAMI, Job Shuji, & VILLIBOR, Douglas Fadul, Pavimentação de baixo custo com solos lateríticos. São Paulo: Vilibor, p. RESPONSÁVEL PELA DISCIPLINA CHEFE DO DEPARTAMENTO Prof. Me. Décio Moreira 12

13 AULA 1 - OS SOLOS SOB O PONTO DE VISTA DA ENGENHARIA CIVIL E HISTÓRIA DA MECÂNICA DOS SOLOS Definição de solo sob o ponto de vista da Engenharia A palavra solo, na expressão Mecânica dos Solos, não tem um significado intuitivo imediato. Ela necessita de uma definição erudita. Mas toda definição exige, de imediato, a fixação da finalidade para que é feita. Em português clássico, o termo solo significa tão somente a superfície do chão. É o significado original da palavra herdado do latim solum. Já no campo específico da agricultura, solo é a camada de terra tratável, geralmente de poucos metros de espessura, que suporta as raízes das plantas. Na expressão Mecânica dos Solos, o termo adquire um significado específico às finalidades da engenharia. Ele denota um material de construção ou de mineração. Na engenharia civil, como a grande maioria de suas obras apóiam-se sobre ou no interior da crosta terrestre, os materiais que formam essa última são, eles mesmos, sob tal ponto de vista, materiais de construção. Além disso, tais materiais podem, também, ser utilizados nas próprias obras como materiais de empréstimo para as construções civis. Dividem-se, esses materiais, segundo os engenheiros, em solos e rochas. É a forma arbitrária e grosseira com que são eles distinguidos entre si; mas que bem pode servir de uma primeira tentativa de definição. Assim, estabeleça-se inicialmente, embora sem nenhuma esperança de rigor, que seja solo todo material natural, sob água ou não, da crosta terrestre, escavável por meio de pá, picareta, escavadeiras, etc., sem necessidade de explosivos e, rocha todo material que necessite de explosivos para seu desmonte. É evidente que, sob um ponto de vista científico (ciencia), tal definição é insustentável. Na geologia, por exemplo, o significado dos dois termos é outro. Por exemplo, as camadas terciárias de argila da cidade de São Paulo foram escavadas, para a construção do seu Metrô, sem auxilio de explosivos. Entretanto, para os geólogos, tais camadas constituem uma rocha sedimentar perfeitamente definida. Seria escandaloso, entretanto, afirmar-se que o túnel da Avenida 9 de Julho em São Paulo foi escavado em rocha, por melhor que fosse a argumentação dos geólogos, pois lá não foi utilizada nenhuma técnica ou programação de escavação em rochas, as quais são baseadas, essencialmente, no ritmo das explosões para desmonte. Com a finalidade específica da Engenharia Civil, portanto, os termos solo e rocha poderiam ser definidos, considerando-se o solo como todo material da crosta terrestre que não oferecesse resistência intransponível à escavação mecânica e que perdesse totalmente toda resistência, quando em contato prolongado com a água; e rocha, aquele cuja resistência ao desmonte, além de ser permanente, a não ser quando em processo geológico de decomposição, só fosse vencida por meio de explosivos. Portanto, sob um ponto de vista puramente técnico, aplica-se o termo solo a todo material natural, sob água ou não, da crosta terrestre escavável por meio de pá, picareta, escavadeiras, etc., sem necessidade de explosivos e que servem de suporte, são arrimados, escavados ou perfurados e utilizados nas obras da Engenharia Civil. Tais materiais, por sua vez, reagem sob as fundações e atuam sobre os arrimos e coberturas, deformam-se e resistem a esforços nos aterros e taludes, influenciando as obras 13

14 segundo suas propriedades e comportamento. O estudo teórico e a verificação prática dessas propriedades e atuação é que constituem a Mecânica dos Solos. É essa última, portanto, um ramo da Mecânica, aplicada a um material pré-existente na natureza Origem e constituição Todo solo tem sua origem imediata ou remota na decomposição das rochas pela ação das intempéries. Quando o solo, produto do processo de decomposição permanece no próprio local em que se deu o fenômeno, ele se chama residual. Quando em seguida é carregado pela água das enchurradas ou rios, pelo vento ou pela gravidade ou por vários desses agentes simultaneamente ele é dito transportado. Mas existem outros tipos de solos, nos quais aparecem elementos de decomposição orgânica que se misturam ao solo transportado. Há ainda as terras diatomáceas 1, constituídas por carapaças de algas ou infusórios. Finalmente, existem os solos provenientes de uma evolução pedogênica, tais como os solos superficiais que suportam as raízes das plantas ou os solos porosos dos países tropicais. Dentro dessa perspectiva o mecanismo da formação dos solos, a partir do processo físico-químico de fragmentação e decomposição das rochas, e através do transporte, sedimentação e evolução pedogênica é o seguinte. Expansão e contração térmica alternada das rochas sãs levando ao seu fraturamento mecânico. Esse é o primeiro estágio da decomposição, o qual pode ser associado às forças expansivas de certos minerais constituintes da rocha, ou da água que penetra pelas fissuras ou, ainda, finalmente das raízes de plantas. Tais fatores isolados ou associados levam à decomposição física das rochas maciças em grandes blocos ou, até mesmo, em pequenos fragmentos. Alteração química das espécies minerais que formam a rocha, transformando-as em areias ou argilas. A oxidação e o ataque pela água acidulada, por ácidos orgânicos, são os principais agentes da decomposição química que comumente se designa por alteração. O caráter e a amplitude da alteração dependem, de um lado, da natureza da rocha, isto é, de sua composição química, sua estrutura e textura, e, do outro, do clima da região, isto é, das alternâncias de chuvas e temperatura. Por exemplo, um granito, rocha constituída pelos minerais: quartzo, feldspato e mica, em clima tropical úmido, sofre o seguinte processo de decomposição: depois de formada e trazida à superfície da crosta, é fraturada pela alternância de calor e chuva. Depois de suficientemente fraturada começa o ataque químico pela água acidulada, geralmente com gás carbônico agressivo, proveniente da decomposição de vegetais. Essa acidulação é nitidamente crescente com a temperatura e, portanto, bem mais efetiva nos países tropicais. Os feldspatos presentes são atacados, a rocha desmancha-se e os grãos de quartzo, embora não sejam atacados, soltam-se, formando os grãos de areia e pedregulho. Os feldspatos, decompostos pela água acidulada, vão dar o mineral denominado argila e sais solúveis, os quais são carreados pelas águas e levados ao mar. Algumas das espécies de mica sofrem processo de alteração semelhante ao dos feldspatos 1 Terras diatomáceas terras com presença de conchas 14

15 formando argila, enquanto outras resistem e vão formar as palhetas brilhantes presentes nos, assim chamados, solos micáceos. Do processo acima descrito resulta o solo residual de granito que comumente é chamado pela expressão contraída alteração de granito. Fazem parte dele, eventualmente, grandes blocos ou fragmentos pequenos da rocha original que resistiram à decomposição. Por uma coincidência, muito feliz para os técnicos de solos, esses blocos ou fragmentos de rocha, os grãos de quartzo, o mineral argila, as palhetas de mica e outros elementos acidentais têm tamanhos de grãos diferentes. De forma que as frações constituintes dos solos residuais diferenciam-se entre si, não só pela espécie mineralógica, mas também pelos seus tamanhos diferentes. De uma forma estatística, seria pedregulho 2 a fração dos solos constituída pelos fragmentos de diâmetro médio superior a 2 mm; areia, a dos de 2 mm a 0,02 mm. Argila seria a fração dos solos constituída pelos microcristais de diâmetro médio inferior a 2 m. Aos elementos esporádicos de diâmetro médio ente 0,06 mm e 0,002 mm são denominados de siltes conforme classificação ABNT NBR 6502 (1995). Estão apresentados na tabela 01 os limites das dimensões, maiores detalhes estão abordados na Aula 4 Análise Granulometrica dos Solos. Tabela 1 - Dimesões dos grãos dos solos conforme ABNT NBR 6502 (1995) Fração Limites definidos (mm) Matacão 200 < < 1000 Pedra de mão 60 < < 200 Pedregulho 2 < < 60 Areia grossa 0,6 < < 2 Areia média 0,02 < < 0,6 Areia fina 0,06 < < 0,02 Silte 0,002 < < 0,06 Argila < 0,002 No caso da rocha madre ser, por exemplo, um basalto em clima tropical, de invernos secos e verões úmidos, a decomposição se faz, principalmente, pelo ataque químico das águas aciduladas aos plagioclásios e outros elementos melanocráticos, dando como resultado predominantemente argilas. Não apareceria neste solo a fração areia, pois o basalto não contém quartzo, mas aparecem, em pequenas porcentagens, grãos de óxidos de ferro, muitas vezes sob a forma de magnetita. É o caso da terra roxa, do interior Centro-Sul do Brasil, que é predominantemente uma argila vermelha. Os micaxistos, rochas do pré-cambriano brasileiro, onde a mica é um mineral predominante, dão origem aos chamados solos micosos com grande predominância de palhetas de mica, entre os grãos de tamanho das areias e siltes, e com menor ou maior porcentagem de argilo-mineral proveniente da alteração de certas espécies de mica. Os arenitos, das formações sedimentares brasileiras do paleozóico ao cretáceo, são origem de um solo essencialmente arenoso, pois não existem feldspatos ou micas em sua composição. O elemento que altera é o cimento que aglutina os grãos de quartzo. Quando esse cimento é silicoso - forma-se um solo 2 As dimensões de pedregulho e dos demais materiais apresentadas nesse parágrafo diferem das encontradas no livro do Prof. Milton Vargas. A Tabela 01 também não faz parte. 15

16 residual extremamente arenoso. Quando o cimento é argiloso aparece no solo residual de arenito uma pequena porcentagem de argila, a qual, muitas vezes, é extremamente ativa comunicando ao solo residual uma espécie de coesão tanto maior quanto mais seco estiver o solo. É por isso que tais solos, embora eminentemente arenosos, muitas vezes podem ser cortados verticalmente em alturas consideráveis, como se fossem argilas. 1.3 Transporte Transporte e sedimentação por um agente transportador: desde a simples gravidade, que faz cair as massas de solo e rocha ao longo dos taludes, até uma enxurrada, por exemplo, que carreia o material constituinte dos solos residuais acima descritos. Nas escarpas abruptas, como as da Serra do Mar, os mantos de solo residual com blocos de rocha podem escorregar, sob a ação de seu próprio peso, durante chuvas violentas, indo acumular-se ao pé do talude em depósito de material detrítico, geralmente fofo, formando os talus. Tais depósitos são formados por grãos de tamanho muito variável, inclusive blocos de rocha. Em geral, os grãos de argila são levados pela enxurrada e carreados pelas ribeiras que descem a serra. Tais talus são sujeitos a movimento de rastejo (expansões e contrações periódicas, pelo efeito de temperatura, que resultam num lento movimento talude abaixo). Esse é o transporte por gravidade ou coluvial. Mas, nem todo transporte coluvial é tão violento, muitas vezes uma topografia suavemente ondulada é o resultado de erosão no topo dos morros de solo residual profundamente alterado e deposição coluvial nos vales. Esse é o caso do planalto brasileiro, onde ocorrem camadas recentes de solo coluvial fino sobre solo residual de material semelhante. É bom, entretanto, lembrar que a grande maioria desses depósitos sofreu uma evolução pedológica posterior a sua deposição. Assim, seriam melhor incluídos na classe dos solos de evolução pedológica comumente chamados, entre nós, de porosos. A semelhança, geralmente, é tanta entre o coluvião superior e o solo residual inferior que é difícil distingui-los. Entretanto, é comum entre os dois aparecer uma camada de pedregulho que delimita o seu contato. Quando o transporte é feito por grandes volumes de água, aparecem os solos aluviais que, quando recentes, formam os terraços aluvionais das margens e as planícies recentes dos deltas dos grandes rios. A princípio as grandes torrentes carregam consigo todo o detrito das erosões, mas logo depositam os grandes blocos e depois os pedregulhos. Ao perder sua velocidade e, portanto, sua capacidade de carrear os sedimentos, os grandes rios passam a depositar as camadas de areia e, em seguida, os grãos de menor diâmetro, formando os leitos de areia fina e silte. Finalmente, somente os microcristais de argila permanecem em suspensão nas grandes massas de água dos lagos ou das lagunas próximas ao mar. A sedimentação da argila dá-se, então, ou por floculação das partículas em suspensão, devido à neutralização de suas cargas elétricas de mesmo sinal, pelo contato com água salgada do mar, ou por efeito da radiação solar nas águas doces dos lagos interiores. Assim a enxurrada e as águas dos rios em seu caminho para o mar transportarão os detritos de erosão e os sedimentarão em camadas, na ordem decrescente de seus diâmetros. Inicialmente sedimentamse as camadas de pedregulhos, depois as de areias e siltes e, por fim, a camada de argila. Essas camadas constituem os solos transportados aluvionares, formando o seu conjunto, ciclos de sedimentação. Em cada 16

17 camada predominam, ordenadamente, os tamanhos de grãos correspondentes aos pedregulhos, areias, silte e argila. Os termos pedregulho, areia, silte e argila têm, portanto, três significados diferentes, em Mecânica dos Solos. Em primeiro lugar denotam espécies mineralógicas diferentes; em segundo, frações de solo com tamanhos de grãos diferentes; e, em terceiro, camadas de solo. O termo argila não pode ter, em Mecânica dos Solos, o significado de rocha que tem em Geologia, pois se referirá sempre a um solo. Uma camada de argila que exigisse dinamite para seu desmonte seria chamada de argilito. Assim, um pedregulho é aquele solo no qual o tamanho dos grãos é superior a 2 mm; mas é também a camada onde predomina a fração pedregulho. Na fração de solo areia, a espécie mineralógica é, comumente, o quartzo, e na camada de areia predominam os grãos do tamanho da fração areia. Nos solos argilosos, entretanto, não é necessariamente a fração de argila dominante que os caracteriza. É possível que um solo tenha adquirido um caráter argiloso pela presença de uma fração de argila que, embora não predominante, é suficientemente ativa para emprestar ao solo plasticidade e coesão típica das argilas. Transporte eólico nas regiões desérticas, ou ao longo das praias oceânicas, ventos fortes sopram sobre as areias e as carreiam indo depositar seus grãos mais além dos montículos ou dunas. Como a direção dos ventos é cambiante as camadas depositadas não têm sempre a mesma orientação. Esse é o fenômeno da estratificação cruzada que caracteriza os depósitos eólicos. Outra característica é a uniformidade dos grãos de tais depósitos de areia, pois a força do vento seleciona muito mais do que a água, os pesos dos grãos que podem ser transportados. Há que considerar aqui a sedimentação subeólica das praias, onde concorrem tanto a água como o vento, da qual resulta também, e mais nitidamente, a estratificação cruzada. As partículas muito finas de areia podem ser levadas muito altas pelos ventos e depositadas a distâncias muito grandes. Os depósitos eólicos de tal natureza são chamados de loess. Formação dos solos orgânicos dá-se ou pela impregnação de matéria orgânica em sedimentos préexistentes, ou pela transformação carbonífera de materiais, geralmente, de origem vegetal contida no material sedimentado, ou, ainda, pela absorção no solo de carapaças de moluscos, diatomáceas ou infusórios. Nos dois primeiros casos estarão os solos orgânicos e, no último, as camadas de fragmentos calcáreos de origem animal e os solos diatomáceos. Os solos orgânicos são de muito maior importância técnica que os depósitos de fragmentos calcáreos e as terras diatomáceas. Portanto, eles serão aqui os mais considerados. Uma parte dos produtos da decomposição da matéria orgânica é um produto escuro e relativamente estável que impregna os solos orgânicos: o húmus. Por ser facilmente carreado pela água, em solução ou suspensão, o húmus só impregna permanentemente os solos finos: as argilas e os siltes e, em menor extensão, as areias finas. Existem, assim, argilas, siltes ou areias finas orgânicas. São os solos de cor escura das baixadas litorâneas ou das várzeas dos rios interioranos. Mas não existem areias grossas ou pedregulhos orgânicos, pois sua alta permeabilidade permite velocidades de percolação d água suficientemente grandes para carrear toda matéria orgânica estável. Quando a matéria orgânica provém da deposição sobre o solo de grande quantidade de folhas, caules e troncos de florestas há um processo insipiente de carbonificação. Então forma-se um solo fibroso 17

18 essencialmente de carbono, que se chama turfa. A diferença entre argilas e siltes orgânicos e a turfa está em que as primeiras são mais pesadas, pois que a turfa, constituída de grandes teores de carbono, é de densidade específica menor. Por outro lado, a turfa é combustível quando seca e os solos orgânicos não o são. 1.4 Evoluçao Pedogenética Evolução pedogênica por esse nome se agrupa uma complexa série de processos físico-químicos e biológicos que governam a formação dos solos da agricultura. Em essência esses processos compreendem a lixiviação do horizonte superficial e concentração de partículas coloidais no horizonte profundo, e, além disso, a impregnação com húmus do horizonte superficial. A camada de solo que sofre esse processo, toma na engenharia o nome de solo superficial, o qual tem escasso interesse técnico somente nos casos em que é de pequena espessura. Entretanto, de grande valor técnico, para nós, são as camadas de solos porosos, cuja formação se deve a uma evolução pedogênica em clima tropical de alternâncias secas, no inverno, e extremamente úmidas, no verão, resultando dessa evolução, na maioria dos casos, os solos lateríticos. Tais solos têm espessuras que podem atingir mais de 10m e recobrem extensas zonas do Brasil Centro-Sul. São solos de granulometria arenosa, porém, não raro, são argilosos como é o caso das argilas vermelhas porosas dos espigões da Cidade de São Paulo. Um terceiro tipo de solo de natureza pedogênica são os pedregulhos latéricos ou, simplesmente, as lateritas cuja importância técnica é cada vez maior, em enormes zonas do país, para a construção de bases rodoviárias. São concreções formadas em clima de profunda alternância de estações secas e úmidas O Perfil do Solo Denomina-se perfil do solo a seção vertical que, partindo da superfície do terreno, aprofunda-se até onde chega a ação do intemperismo, na maioria das vezes, uma série de camadas dispostas horizontalmente, denominadas de horizontes, paralelas à superfície do terreno, que possuem propriedades resultantes dos efeitos combinados dos processos de formação do solo (pedogênese). A natureza e o número de horizontes variam de acordo com os diferentes tipos de solo. Os solos geralmente não possuem todos esses horizontes bem caracterizados, entretanto, pelo menos possuem parte deles. Apresenta-se na figura 1 um perfíl hipotético de um solo. 18

19 Subsolo Zona de Iluviação Solo Solo Superficial Zona de Eluviação1 Pedologia Codificação Horizonte Descrição O Horizonte rico em matéria orgânica (turfa) A AB BA B Horizonte com acúmulo de matéria orgânica de coloração escura Horizonte com transição para B com semelhança ao Horizonte A Horizonte com transição para A com semelhança ao Horizonte B Horizonte com grande acumulação iluvial 2 ou concentração relativa de argila e de óxidos, relativa a gênese do solo BC ou CB Horizonte transicional para C C Horizonte com grande parcela de rocha parcialmente decomposta, correspondente ou não ao solo originário R Rocha madre (1) Eluviação - migração de materiais como: argilas, sesquióxidos e carbonatos du uma camada para outra (2) Iluvião - acúmulo de materiais do solo dissolvidos ou suspensos em um horizonte como resultado de eluviação de outro Figura 1 - Perfil hipotético de um solo Horizonte O Horizonte A Camada orgânica superficial. É constituído por detritos vegetais e substâncias húmicas acumuladas na superfície, ou seja, em ambientes onde a água não se acumula (ocorre drenagem). É bem visível em áreas de floresta e distingui-se pela coloração escura e pelo conteúdo em matéria orgânica (cerca 20%). Camada mineral superficial adjacente à camada B ou camadas transacionais. É o horizonte onde ocorre grande atividade biológica o que lhe confere coloração escurecida pela presença de matéria orgânica. Existem diferentes tipos de horizontes A, dependendo de seus ambientes de formação. Esta camada apresenta maior quantidade de matéria orgânica que os horizontes subjacentes B e C. Horizonte AB Camada transacional entre os horizontes A e B com evidência do horizonte A, tratase um horizonte de difícil detecção, entretanto, ocorrem em perfis de solo maduro. Horizonte BA Camada transacional entre os horizontes A e B com evidência do horizonte B, da mesma forma que o horizonte AB trata-se um horizonte de difícil detecção, entretanto, ocorrem em perfis de solo maduro. Horizonte B Camada mineral situada mais abaixo do horizonte A, ou horizontes transacionais AB ou BA. Apresenta menor quantidade de matéria orgânica, e acúmulo de compostos de ferro e argilo minerais. Ocorre concentração de minerais resistentes, como quartzo em pequenas partículas (areia e silte). É o horizonte de máximo acúmulo, com bom desenvolvimento estrutural. 19

20 Horizonte C Horizonte R Camada mineral de material não consolidado, ou seja, por ser relativamente pouco afetado por processos pedogenéticos, normalmente, esse horizonte apresenta características da rocha madre, é comum encontrar blocos de rocha tanto em processo de alteração como não. Camada mineral de material consolidado, que constitui substrato rochoso contínuo ou praticamente contínuo, a não ser pelas poucas e estreitas fendas que pode apresentar (rocha). A presença dos vários tipos de horizontes mencionados está condicionada a formação e evolução do solo que o regulam. Como as condições variam de acordo com as circunstâncias dos ambientes (material de origem, vegetação, clima, relevo, tempo) o tipo e número de horizontes de um perfil de solo são diferentes. A estrutura geológica é extremamente importante na formação dos recursos minerais, além de estabelecer uma grande influência na consolidação dos relevos e automaticamente do solo. Para compreender a estrutura geológica de um lugar é preciso analisar e conhecer os tipos de rochas presentes no local. Rocha é a união natural de minerais, compostos químicos definidos quanto à sua composição, podem ser encontrados no decorrer de toda a superfície terrestre. Estão apresentados nas Figuras 02 a 08 alguns exemplos de minerais: quartzo, grafita, calcita, mica, talco, feldspato e o diamante. Figura 2 - Quartzo Figura 3 Grafita Figura 4 - Calcita Figura 5 - Mica Figura 6 - Talco 20

21 Figura 7 - Feldspato Figura 8 - Diamante As rochas são classificadas em: Ígneas ou Magmáticas: são rochas formadas pelo esfriamento e solidificação de elementos endógenos, no caso, o magma pastoso. São exemplos de rochas magmáticas: granito, basalto, diorito e andesito. Sedimentares: esse tipo de rocha tem sua formação a partir do acúmulo de resíduos de outros tipos de rochas. São exemplos de rochas sedimentares: areia, argila, sal-gema e calcário. Metamórficas: esse tipo de rocha tem sua origem na transformação de outras rochas, em virtude da pressão e da temperatura. São exemplos de rochas metamórficas: gnaisse (formada a partir do granito), ardósia (originada da argila) e mármore (formação calcária). As mais antigas rochas são as do tipo ígneas e metamórficas, que surgiram respectivamente na era Pré-Cambriana e Paleozoica. Essas rochas são denominadas de cristalinas, por causa da cristalização dos minerais que as formaram. Apresenta-se na Figura 9 a escala do tempo geológico. Ao contrário das outras, as rochas sedimentares são de formações mais recentes, da era Paleozoica à Cenozoica. Essas são encontradas em aproximadamente 5% da superfície terrestre. Dessa forma, os minerais e as rochas compõem uma parcela primordial da litosfera, que corresponde ao conjunto de elementos sólidos que formam os continentes e as ilhas. 21

22 Figura 9 - Escala do tempo geológico Questionário 1 O que é alteração de rocha? 2 Como se dá o fenômeno de alteração? 3 Que tipo de solo pode-se esperar da alteração da rocha de basalto? 4 Descreva o processo de alteração do granito? 5 Porque se utiliza a denominação de solo residual? 6 Qual a definição de solo para fins rodoviários? 7 Porque o intemperismo nos trópicos foi mais acentuado? 8 A rocha de arenito após o processo de alteração resulta em que tipo de solo, por quê? 9 O que caracteriza um solo transportado? 10 O que são solos sedimentares? 11 Defina evolução pedológica. 12 O que são loess? 13 Quais as principais diferenças entre solos orgânicos e a turfa? 14 O que são rochas ígneas ou magmáticas? 15 O que são rochas sedimentares? 16 O que são rochas metamórficas? 17 Defina um perfil de solo maduro. 18 Qual a importância dos materiais dos horizontes O e A para obras civis 1.6 História da Mecânica dos Solos (breve relato) O prof. Karl Terzaghi, nasceu em 1883, na Cidade de Praga, Capital da Antiga Tcheco-Eslováquia, doutorou-se em Tecnologia em 1912 na Áustria. Em 1925 publicou o seu principal livro: Erdbaumechanik. Com essa publicação muitos autores consideram o nascimento da MECANICA DOS SOLOS, que até então, os conhecimentos sobre os solos eram relativamente incipientes e não apontavam para uma orientação de conceitos de aplicação, assim, após a publicação constituiu um marco, pois, trazia uma nova orientação a ser seguida no estudo do comportamento dos solos. Tratava a mecânica dos solos como uma mecânica dos 22

23 sistemas constituidos por uma fase sólida granular e outra fluída. Princípios fundamentais, dos quais até hoje considerados. O Primeiro Congresso Internacional de Mecânica dos Solos foi realizado em 1936, nessa ocasião os conceitos abordados pelo prof. Terzaghi foram consagrados de maneira definitiva. A mecânica dos solos no Brasil antes de 1938 resumia-se em artigos publicados em revistas técnicas de uma tese apresentada na Congregação da Escola Nacional de Engenharia, atual UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro. No início de 1938, foi instalado o 1º laboratório de Mecânica dos Solos, no IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas em São Paulo. Posteriormente foram instalados laboratórios no norte do país e em 1942 mais três laboratórios foram instalados no Rio de Janeiro. A mecância dos solos passa a assumir um papel cada vez mais importante no Brasil com a criação da ABMS Associação Brasiliera da Mecância dos Solos em Para a área de pavimetnação temos a criação da ABPv Associação Brasileira de Pavimentação em Associações que até hoje exercem papel fundamental para o desenvolvimento trecnológico na área de solos no Brasil. Bibliografia VARGAS, M. Introdução À Mecânica dos Solos. São Paulo, Ed. McGraw-Hill, ABNT NBR 6502 (1995) 23

24 AULA 2 - PREPARO DE AMOSTRAS DE SOLOS PARA ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO Após a coleta do solo (sondagem) e devidamente embalado e identificado em campo, é levado ao laboratório para que sejam providenciados os ensaios pertinentes. 2.1 Preparo da amostra Para esses ensaios a norma DNER ME 41/94 Solo preparação de amostras para ensaios de caracterização e ABNT NBR-6457 Amostras de solo - preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. Essas normas preconizam os procedimentos necessários para preparo das amostras de solo que serão conduzidas aos ensaios de compactação e de caracterização, denominados de ensaios preliminares. A amostra ao chegar ao laboratório é novamente identificada, conforme procedimentos internos do laboratório, em seguida a amostra é esparramada em local coberto e deixa-se a amostra secar até atingir um teor de umidade (quantidade de água) bastante baixo, denominado de umidade higroscópica. A secagem pode também ser feita com auxílio de fonte de calor desde que essa fonte não exceda a 60 o C. Após a secagem a amostra é destorroada com o auxílio do almofariz e a mão de gral recoberta com borracha de maneira a reduzir o tamanho dos grãos de grumos do solo Preparo da amostra para compactação (ABNT NBR ) Passa-se o solo seco e destorroado pelo quarteador de amostras, desprezando as frações com diâmetro superior a 76,2 mm e destinar as quantidades 3 necessárias para o ensaio de compactação conforme as características que seguem: Desprezar o material retido na # n 4 (4,76 mm de abertura) quando inferior a 7 % da massa da amostra; Quantidade superior a 7% de material retido na # acima, passar o material pela # 3/4 (19,1 mm de abertura) e observar as seguintes condições: o Desprezar o material retido na # 3/4 quando apresentar massa inferior a 10%; o Quantidade superior a 10% deve-se substituir a massa retida na # 3/4 com massa de igual valor, por material com fração compreendida entre as #s 3/4 e 4,76 mm; o Quantidade de material retido na # 3/4" superior a 30%, não ensaiar por esse procedimento Preparo da amostra para caracterização Passa o solo pelo quarteador de solos até se obter as quantidades de: 3 Quantidades especificadas pelos procedimentos de ensaio de compactação, como volumes de cilindros e ensaios com reuso ou sem reuso de material. 24

25 1.500 g (sens. 5g) para solos argilosos e siltosos e, 2.000g (sens. 5g) para solos arenosos. Passa essa amostra pela peneira n. 10 (# 2,00mm de abertura) tomando-se o cuidado, caso necessário, de submeter a mostra novamente ao almofariz com a mão de gral, nessa operação somente os grumos de solos serão destorroados e deve-se tomar o cuidado de não quebrar grãos de areia ou pedregulhos, isso altera a granulometria da amostra Preparo da amostra para granulometria com sedimentação, umidade higroscópica e densidade dos grãos Da fração retida da amostra passada pela peneira n. 10 é lavada a fim de ser removido todo material eventualmente aderido aos grãos, seco em estufa com temperatura entre 105 o C e 110 o C até constância de peso. Após secagem o material é submetido ao peneiramento grosso. Da fração que passa na peneira n. 10 é novamente quarteada a fim de ser obter uma quantidade de cerda de 400 g distribuídas para os seguintes ensaios: 50 g para determinação da umidade higroscópica 250 g para ensaios de densidade dos grãos 70 g ou 120 g, conforme o tipo de solo se: argiloso/siltoso ou arenoso para o ensaio de granulometria com sedimentação Preparo da amostra para ensaios de Limites de Atterberg. Da quantidade que sobrou do item passa o solo pela # n. 40 (0,42mm de abertura) com auxílio do almofariz e mão de gral até se obter uma quantidade de cerca de 150g destinado aos seguintes ensaios com cerca de: 70g para o ensaio de limite de liquidez e, 50g para o ensaio de limite de plasticidade Apresenta-se na Figura 10, esquematicamente, o roteiro do preparo de amostras de solo para os ensaios de caracterização: granulometria, densidade real e limites de Atterberg. Gramulometria das frações > 2,0 mm 50g Umidade Higroscópica Amostra Secagem Almofariz Quateador Massa retido do da amostra e mão de de 1.500g ou # 2,0 mm 70g ou 120g Gramulometria das frações < 2,0 mm campo ao ar gral Amostras 2.000g passado 250g 10g Densidade real rejeito retido 70g Limite de Liquidez # 0,42mm passado 200g 50g Limite de Plasticidade 50g Fatores de Contração Figura 10 - Roteiro esquemático de preparo de amostras de solo para ensaios de caracterização. 25

26 Bibliografia DNER, Solo preparação de amostras para ensaios de caracterização (1994) ABNT NBR-6457 Amostras de solo - preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização, Questionário 1) O que significa um solo estar com o teor de umidade correspondente a umidade higroscópica? 2) Se uma amostra de solo permanecer exposta ao ar em temperatura ambiente, ela ira secar até que teor de umidade? Por quê? 3) Porque se devem destorroar os grumos de solos com auxílio de uma mão de gral revestida com borracha? 4) Como proceder para determinar o teor de umidade em solos com presença de matéria orgânica? 26

27 AULA 3 - ÍNDICES FÍSICOS 3.1 Introdução Como evidenciado na primeira aula, solo é todo material natural, sob água ou não, da crosta terrestre escavável por meio de pá, picareta, escavadeiras, etc., sem necessidade de explosivos e que servem de suporte, são arrimados, escavados ou perfurados e utilizados nas obras da Engenharia Civil. Tais materiais, por sua vez, reagem sob as fundações e atuam sobre os arrimos e coberturas, deformam-se e resistem a esforços nos aterros e taludes, influenciando as obras segundo suas propriedades e comportamento. O estudo teórico e a verificação prática dessas propriedades e atuação é que constituem a Mecânica dos Solos. É essa última, portanto, um ramo da Mecânica, aplicada a um material pré-existente na natureza. Para melhor entendimento podemos dividir o estudo das propriedades dos solos em dois grupos, solos indeformados (estado natural) e solos deformados. Solos indeformados são solos que se apresentam em seu estado natural de ocorrência, os pesos específicos secos desses materiais situam-se entre 12 kn/m 3 a 20 kn/m 3, entretanto, pode-se encontrar valores tanto inferiores como até superiores a esses, porém são mais raros. O estudo das propriedades dos solos aplica-se em fundações, estabilidade de taludes, aterros sobre solos moles, barragens de terra e enrroncamentos, tratamentos de fundações de barragens, etc. O comportamento de um solo natural depende da relação entre suas três fases: partículas sólidas, água e ar. Diversas relações, normalmente são empregadas para expressar as proporções entre elas. Assim, só parte do volume é ocupada pelas partículas sólidas, que se acomodam formando uma estrutura. O volume restante é denominado de vazios, entretanto, esses vazios podem estar ocupados por água ou ar. Assim, o solo é constituído de três fases: partículas sólidas, água e ar. Para solos deformados, objetivo do curso em questão, somente parte das propriedades normalmente utilizadas nos estudos com solos naturais, como: umidade, peso específico aparente seco, saturação e peso específico dos sólidos, serão aqui considerados Índices Físicos Entre Três Fases Esta apresentada na Figura 11, esquematicamente as três fase constituintes do solo, à esquerda estão os volumes ocupados por cada parte e à direta os pesos correspondentes. 27

28 V Vv Va Vw Ar Água Pa Pw P Vs Sólidos Ps Volumes Figura 11 - Fases constituintes do solo Pesos Segundo Prevedello (1996), o solo, para os propósitos da física do solo, pode ser assumido como um sistema multicomponente, integrado pela fase sólida, líquida e gasosa. Essas duas últimas complementares: a máxima presença de uma implica na ausência da outra. A porção do espaço poroso não ocupado pela fase líquida é complementada pela fase gasosa. Portanto, a fase líquida pode estar presente nos poros do solo seja completa ou parcialmente. No primeiro caso, o solo é dito saturado e, no segundo, não saturado. Combinadamente, as fases líquida e gasosa chegam a ocupar uma grande parte do volume de solo e compõem a porosidade total. A fase sólida é constituída de partículas minerais, na grande maioria, e de substâncias orgânicas. Esses compostos orgânicos e os minerais sólidos são de várias formas, tamanhos e composições químicas e constituem o que se chama de matriz do solo. Assim, as quantidades de água e ar podem variar. A evaporação pode fazer a água diminuir, substituindo o volume, ora ocupado pela água, ser substituído por ar; a compressão do solo pode provocar a saída de água e ar, reduzindo o volume de vazios. O solo, no que se refere às partículas que o constituem, permanece o mesmo, mas seu estado se altera. As diversas propriedades do solo dependem do estado em que as três fases se encontram. Quando diminui o volume de vazios, por exemplo, a resistência aumenta. A seguir serão apresentadas correlações existentes entre as três fases constituintes do solo. Como mencionado acima, essas correlações se aplicam a estudos de aterros sobre solo mole, estabilidade de taludes, etc. e o objetivo desse curso é a utilização do solo como amostras deformadas, ou seja, o emprego do solo como camada de pavimento assim, será dada ênfase ao longo do curso, somente algumas correlações apresentadas a seguir. 3.3 Água no solo O solo é um conjunto de vários elementos, quanto às parcelas de materiais sólidos constituintes, será melhor abordado na aula 04 - Análise Granulométrica dos Solos. Note-se que as além das partículas de sólidos graúdos, grãos com diâmetros maiores que 0,075 mm (areia, pedregulhos etc.) e grãos menores: silte e argila têm-se também a água e alguns elementos esporádicos como fungos e bactérias além da presença de vegetação (caules e raízes de plantas). A presença de material orgânico no solo é sem dúvida de maior interesse da Pedologia. A junção das partículas sólidas com a água, a vegetação, as bactérias, e os fungos, é denominado de grumo de solo, (Figura 12). 28

29 É a presença e, principalmente, a quantidade de algum desses elementos em um solo que acaba por caracterizá-lo quanto às suas potencialidades. Por exemplo, um solo com grande parcela de areia, normalmente, apresenta-se com características arenosas, estando esse atributo associado ao tipo de argilo mineral presente no solo, ainda, um solo com presença acentuada de matéria orgânica, denominados de solos orgânicos, tem pouco interesses para obras de pavimentação, exceto para reposição ambiental. Areia Figura 12 Grumo de solo Silte Argila Água Bactéria Fungos Vegetação A água pode ocorrer no solo de várias maneiras conforme é apresentado na Figura 13, a saber: água de constituição, água higroscópica, água capilar e, água livre ou gravitacional (a) (b) Figura 13 Formas de presença da água no solo (c) Água livre (d) Água de constituição alguns minerais possuem em sua constituição moléculas de água que, para a sua remoção exige-se elevadas temperaturas. Normalmente, a extração da água de constituição desses minerais acaba por alterá-los significativamente, (Figura 13(a)). Água higroscópica é parcela de água que fica aderida aos grãos dos sólidos por força atrativas de Van der Waals. Quando uma amostra de solo é seca ao ar até atingir uma umidade relativamente baixa, 29

30 essa umidade é denominada de umidade higroscópica, (Figura 13(b)), conceito melhor abordado a no item Água capilar porção de água que preenchem os micros poros (capilares) do solo difere-se da água higroscópica pela maior quantidade e também pelo fato de se manterem no solo não mais pela força atrativa elétrica e sim pela força capilar dos grãos do solo, (Figura 13(c)). Água livre ou gravitacional água que se move entre os grãos do solo pela ação da gravidade. Aplicam-se as leis da permeabilidade para essa condição em que a água se encontra, (Figura 13(d)) Umidade Símbolo (w) - expressa a quantidade de água existente numa dada porção de solo úmido, é a relação entre o peso da água (Pw) e o peso de sólidos (Ps). Para sua determinação, inicialmente, mede-se o peso de solo úmido (Pu), em seguida esse solo úmido é colocado em uma estufa à temperatura de 105 o C a 110 o C, a água irá evaporar, amostra deverá permanecer na estufa até constância de peso, em seguida, mede-se o peso da porção de solo seco (Ps). A diferença entre os dois pesos (Pu - Ps) é o peso da água que evaporou e que dividido pelo peso de sólidos (Ps) tem-se o teor de umidade, Equação 1. Pw w *100 1 Ps Onde w teor de umidade (%) Pw peso da massa de água (g) Ps peso dos sólidos (g) Trata-se de um procedimento de ensaio mais utilizado em laboratório de solo. Os valores médios de teor de umidade normalmente encontrados situam-se entre 10% e 40%, estando a umidade intimamente relacionada com a superfície específica do solo. Para a determinação do teor de umidade o solo deve ser colocado em cápsulas, normalmente, de alumínio, é comum denominá-las de tara. Exemplo Cápsula número (n.) 45 Cápsula (massa da cápsula tara) (g) 25,76 Cápsula + Peso úmido (Cap + Pu) (g) 75,67 Cápsula + peso de sólidos (Cap + Ps) (g) 70,82 Peso da água (Pw) (g) 4,85 Peso dos sólidos (Ps) (g) 45,06 Teor de umidade (w) 10,7% 30

31 Observe-se que o peso da (cápsula + Peso úmido) menos o peso da (cápsula + Peso dos sólidos) é a quantidade de água contida no solo e o peso da (cápsula + Peso dos sólidos) menos o peso da cápsula é o peso de sólidos. Deve-se expressar o resultado com uma casa após a vírgula. Cuidados especiais devem ser tomados quando se esta extraindo a umidade de solos orgânicos, com efeito, a presença de matéria orgânica no solo tem seu peso alterado quando em contato com temperatura da estufa acima, nessas condições, utiliza-se a estufa a 60 o C. Nessa temperatura a amostra demora mais tempo para atingir a constância de massa. A norma ABNT NBR Solo Determinação do teor de matéria orgânica por queima a 440 ºC prescreve o procedimento para a determinação do teor de matéria orgânica existente no solo, observe-se que, a temperatura para a queima de toda a matéria deve ser elevada. Quando se coloca o solo orgânico em contato com temperatura de 110 ºC somente uma parcela pequena da matéria orgânica é queimada, o que é de difícil controle e acaba por alterar a determinação do teor de umidade. Para esses solos deve-se utilizar a temperatura de 60ºC para se extrair o teor de umidade Massa Específica Aparente Seca Símbolo ( s) unidade (kn/m 3 ), é a relação entre o peso dos sólidos e o volume ocupado pelos sólidos. O volume considerado inclui os vazios entre os grãos dos sólidos. O valores deverão ser expresso com 3 algarismos significativos. Como se trata de massa e massa tem o grama (g) como unidade no sistema internacional de medidas (SI), logo, temos massa específica aparente seca e g/cm3 como unidade. Utiliza-se também peso e peso é a massa x a aceleração da gravidade temos a unidade kn no sistema internacional de medidas (SI), assim, peso específico aparente seco temos o kn/m3 como unidade. Ainda existe a densidade relativa que é expressa em relação a massa específica aparente da água, logo, não se utiliza unidade para densidade. Nessas notas de aula será utilizado o termo: massa específica aparente seca, com unidade (g/cm 3 ). Onde: Ps s V s massa específica aparente seca (g/cm 3 ) 2 Ps = peso dos sólidos (g) V = volume total (cm 3 ) Fator de Conversão Conforme exposto no item 3.3 o teor de umidade de um solo é a relação entre o peso da água contida nele pelo peso de sólidos e, como essa relação não é sobre a peso total (peso de sólidos + peso da água) mas somente sobre o peso de sólidos (Ps), para transformação de massa úmida em massa seca aplicase o fator de conversão (FC), Equações 4 e 9: 31

32 w% Pw Ps Pu Ps Ps Ps * w Pu Ps Ps * w Ps Pu Ps(1 w) Pu 1 Ps Pu 1 w 1 FC 1 w 3 4 Desta forma, para se determinar o peso dos sólidos de uma dada amostra de solo úmido deve-se multiplicar o peso úmido da amostra pelo FC, Equação 05. Ps Pu * FC 5 O mesmo raciocínio aplica-se para determinar a massa específica aparente seca ( s), deve-se multiplicar a massa específica aparente úmida ( u) pelo o fator de conversão, Equação 08, conforme desenvolvimento abaixo. Ps s V Ps Ps Pw Ps Ps Pw V Ps Pw V Ps Pw 6 Sabendo-se que o Pu, Ps Pw Pu 7 Substituindo 05 em 04 temos: Ps 1 s u u Ps Pw 1 w 8 O fator de conversão (FC) é a parcela multiplicativa de u da equação 8. FC ou 1 w 100 w% 9 Desta forma, para se determinar a massa específica aparente seca ( s) de uma dada amostra devese multiplicar a massa específica aparente úmida ( u) dessa amostra pelo FC, Equação 10. s u * FC Massa Específica dos Sólidos Símbolo ( d) unidade (kn/m 3 ), é a relação do peso dos sólidos (Ps) pelo volume dos sólidos (Vs). Os valores deverão ser expressos com 3 algarismos significativos. 32

33 d Ps V s Onde: d = massa específica dos sólidos Ps = peso dos sólidos Vs = volume dos sólidos Normalmente, tem-se encontrado outras denominações para massa específica dos sólidos, como: densidade dos grãos, peso específico dos grãos, densidade dos sólidos, dentre outras. Nessa apostila será utilizada o termo: massa específica dos sólidos. Ensaio de fácil assimilação e de difícil execução. A dificuldade esta em obter o volume da amostra, essa, pode ser obtida indiretamente, com pesagem hidrostática, esta apresentada na Figura 14 o esquema do processo do ensaio pelo método do picnômetro. O ensaio consiste em adicionar uma massa de solo conhecida dentro do picnômetro, adicionar água destilada até que recubra toda a amostra, submeter o conjunto a pressão negativa com bomba de vácuo para eliminar a quantidade de ar, em seguida, completar com água até a marca do menisco e efetuar a medida da massa do conjunto. Conhecendo-se a massa do picnômetro com água até o menisco, o volume da amostra V é: V = (massa do picnômetro + água) + amostra (picnômetro com água + amostra). Picnômetro Amostra Picnômetro + + água + de solidos - amostra + agua = Volume dos sólidos Figura 14 - Esquema para obtenção do volume da amostra por pesagem hidrostática Cuidados necessários para a realização do ensaio, o volume do picnômetro deve estar aferido em função da variação da temperatura, numa faixa de 15 o C a 35 o C para facilitar a execução do ensaio. A norma ABNT 6508/84, especifica que devem ser feitas duas determinações e a diferença entre elas não deve ser superior a 0,02 g/cm 3. O prof. Faiçal, em aula prática, recomenda que o detalhe do ensaio esta em determinar o local do menisco e que também se devem contar as gotas de água a ser adicionada para que o menisco seja atingido. Outro ponto de ocorrência de erros esta em ferver 4 o picnômetro para que o ar seja 4 Procedimento semelhante é adotado para determinação da massa específica de agregados utilizados em misturas asfálticas, entretanto, a norma DNIT recomenda que se ferva o picnômetro com a amostra de agregado para eliminar o ar 33

34 removido, esse procedimento pode ocasionar a alteração do volume do picnômetro fazendo com que o picnômetro perca a calibração. Os valores, normalmente, encontrados para o quartzo dos grãos de areias é da ordem de 2,65 g/cm 3 já para as argilas situam-se entre 2,65 e 2,80 g/cm 3. Índice de Vazios Símbolo (e), exprime a quantidade de vazios em relação a quantidade de sólidos. Obtém-se indiretamente através de outros índices. Os valores médios situam-se entre 0,5 e 1,5. Porosidade Símbolo (n), a semelhante ao índice de vazios, é relação do volume de vazios pelo volume total. Normalmente se encontra valores entre 30% e 70%. Saturação Símbolo (S) indica o grau de saturação do solo, é a relação do volume de água pelo volume de vazios. Solo saturado tem grau de saturação = 100% e se o solo estiver seco = 0%. Sua determinação é feita indiretamente. (fórmula indireta obtém-se a s adotando-se valores de S e conhecendo-se o d) Peso específico aparente saturado Peso específico do solo se viesse a ficar saturado e se isto ocorresse sem variação de volume. É de pouca aplicação prática, servindo para a programação de ensaios ou a análise de depósitos de areia que possam vir a se saturar. Expresso pelo γ sat, é da ordem de 20 kn/m³. Peso específico submerso É o peso específico efetivo do solo quando submerso. Serve para cálculos de tensões efetivas. É igual ao peso específico natural menos o peso específico da água, portanto com valores da ordem de 10 kn/m³. É expresso pelo símbolo γ sub. contido nos poros agregado. Nesse caso o picnômetro utilizado é de 500 ml e possui paredes reforçadas e também o vidro é de borosilicato. 34

35 Neste caso, considera se a existência do empuxo de água no solo. Logo, o peso específico do solo submerso será equivalente ao o peso específico do solo menos o peso específico da água. Massa Específica da Água ( w) Adota-se o valor de 1,0 g/cm3, esse valor varia pouco com a temperatura, entretanto, deve-se considerar essa pequena variação nos ensaios laboratoriais. Exercícios 1 - Determinar os teores de umidade as massas secas e úmidas e as respectivas massas específicas aparentes secas e úmidas, conforme dados apresentados na tabela abaixo. Utilizar às umidades correspondentes as letras para os cálculos. (preencher todos os campos em aberto): Determinação de teor de umidade (w) Amostra A B C D E F G H I J Tara 25,25 29,21 22,45 24,65 28,72 35,87 32,71 30,85 Tara + Pu 78,45 91,63 79,63 79,81 81,64 105,54 98,91 105,21 Tara + Ps 70,96 82,56 71,68 88,71 90,2 Ps 43,88 48,68 59,99 73,76 Pw 7,74 11,02 10,2 w% 17,0 16,1 16,4 Determinação das massas secas (Ps) ou úmidas (Pu) com base nas umidades acima determinadas Amostra A B C D E F G H I J Pu (g) 1695,6 1250,5 3695,2 2025,8 7896,5 799, Ps (g) ,5 3155,0 1727,0 785,6 1872,2 Determinação das massas específicas secas ( s)ou úmidas ( u)com base nas umidades acima detrmiandas Amostra A B C D E F G H I J u (g/cm3) 1,89 1,65 1,84 1,72 1,82 s (g/cm3) 1,78 1,92 1,98 1,59 1,69 35

36 Exercício 2 - Uma caixa de 1,0 m 3 contém uma amostra de solo saturada. A massa de sólidos da amostra Ps = 1356 kg e o solo possui uma massa espescífica dos sólidos - d = 2,67 g/cm3. Pede-se: w, Ps, u, s, e, n, S Dados: Ps = 1356 kg Péde-se Pu 1848 kg d 2,67 g/cm3 w 36,3 % V = 1 m3 s 1,36 g/cm3 u 1,85 g/cm3 e 0,97 n 97 % S 100 % Resolução Volume da amostra Vs = Ps/ d Massa esp. ap. seca ( s) s = Ps / V Vs = 1356/2670 s = 1356/1000 Vs = 0,508 m3 s = 1,36 g/cm3 Volume de vazios Vv = V - Vs índice de vazios (e) e = Vv / Vs Vv = 1-0,508 e = 492/508 Vv = 0,492 m3 e = 0,97 Vv = Vw (amostra saturada) Pw = Vw* w Porosidade n = Vv/V Pw = 0,492*1,0 n =0,492/1 Pw = 0,492 t = 492 kg n = 49,2 % Umidade (w) w = Pw/Ps Saturação S = Vw/Vv w = 492/1356 S = 492/492 w = 36,3 % S = 100,0 % Ex-3 - Uma porção de amostra de solo tem peso úmido Pu = 285,36g e apresenta teor de umidade w = 7,8%. d = 2,72 g/cm3. Essa amostra esta acondicionada um recipiente cilindrico com 50 mm de diâmeto e 75 mm de altura, onde ocupa todo o seu volume. Pede-se: Ms, u, s, e, n, S Dados: Pu = 285,36 g Péde-se Ps 264,7124 g w 7,8 % s 1,94 g/cm3 d 2,72 g/cm3 u 1,80 g/cm3 diâm. do cil. = 50 mm e 0,51 Altura do cil. = 75 mm n 34,6 % S 44,7 % Resolução Peso seco - Ps Ps = Pu *Fc Volume de vazios Vv = V - Vs Ps = 285,36 *(100/(100+7,8) Vv = 147,19-97,30 Ps = 264,71 g Vv = 49,89 cm3 Volume da amostra V = área * altura índice de vazios (e) e = Vv / Vs V = (5,0 *3,1415/4)*7,5 e = 49,89/97,30 V = 147,19 cm3 e = 0,51 massa esp. ap. úmda ( u) u = Pu/V Porosidade n = Vv/V u = 285,36/147,19 n = 49,89/147,19 u = 1,94 g/cm3 n = 0,34 % Massa esp. ap. seca ( s) s = Ps/V Volume da água Pw = w*ps s = 264,71/147,19 Pw = 0,078*264,71 s = 1,80 g/cm3 Pw = 20,6 g w = 1 g/cm3 Volume de sólidos Vs = Ps/ d Vw = Pw/ w Vs = 264,71/2,72 Vw = 20,6/1 Vs = 97,30 cm3 Vw = 20,6 cm3 Saturação S = Vw/Vv S = 20,6/49,94 S = 41,25 % 36

37 Exercício 4 O teor de umidade de uma amostra de solo saturado é 45%, a massa específica dos sólidos d = 2,90 g/cm 3.Calcular o índice de vazios (e), porosidade (n) e a massa específica aparente seca da amostra ( s). Adotar um Pu da amostra. Exercício 5 Uma amostra de solo que não esta completamente saturada, tem Pu de 53,4 g e um volume de 36,5 cm 3, depois de seca em estufa o peso da amostra reduziu para 42,7 g. O d = 2,69 g/cm 3. Calcular o grau de saturação (S), massa específica aparente seca ( s) e úmida ( u) da amostra. Exercício 6 Um recipiente contém 2 m 3 de areia, o d = 2,68 t/m 3 e Ps = 3.324,0 kg. Calcular a quantidade de água requerida para saturar a areia do recipiente. Exercício 7 Uma amostra cilíndrica de solo tem 5,0 cm de diâmetro e 10 cm de altura. A massa da amostra em Pu = 316,0 g, Após secagem em estufa apresentou Ps = 298,0 g e não sofreu redução em seu volume. O d = 2,75 g/cm 3. Pede-se: e, n, S, w, s, massa específica saturada e sat. Bibliografia Prevedello (1996) Pinto, C.S., - Mecânica dos Solos. Ed

38 AULA 4 - ANÁLISE GRANULOMETRIA DE SOLOS A finalidade da realização do ensaio de granulometria é a de conhecer a distribuição granulométrica dos grãos do solo. Pode-se atribuir algumas propriedades e também obter parâmetros dos solos através do ensaio de granulometria, o que ajuda a escolha do material apropriado para uma dada finalidade. Conforme a presença de material mais granular no solo pode-se esperar que esse material apresente maior resistência quando utilizado como camada de um dado pavimento. É comum também esperar que materiais com elevada porcentagem de areia apresente densidades maiores, comparativamente à materiais de granulação mais finas e ainda materiais de granulação mais grossa apresentam baixa expansibilidade. Por outro lado, solos com presença pronunciada de argila, normalmente apresentam baixa capacidade de suporte, elevada plasticidade, o que dificulta sua trabalhabilidade e, em solos com silte as densidades são ainda mais baixas e comumente está associado a elevado índice de expansão. É raro encontrarmos um solo com apenas um único tipo de fração, normalmente encontram-se diversos tipos de minerais, o que implica em várias frações. Podendo conter ainda vários tamanhos de silte dentro da fração silte, valendo também para as frações argila e areia Forma das partículas As formas das partículas apresentam-se em: esférica subdividindo-se arredondadas e angulares, lamelares e fibrilares, apresenta-se na Figura 15 as três formas e nas Figuras 16 e 17 as formas esféricas angulares e esféricas arredondadas respectivamente. Figura 15 - Formas das partículas Figura 16 - Areia de rio esféricas angulares Figura 17 - Esferas de vidro, esféricas arredondadas Partículas esféricas angulares propiciam ao solo um maior ângulo de atrito interno efetivo. Quanto maior esse ângulo maior a resistência que o material oferece às deformações Classificação dos solos baseados em critérios granulométricos 38

39 Os solos recebem designações segundo as dimensões das partículas compreendidas entre determinados limites convencionais, conforme Tabela 2. Nesta tabela estão representadas as classificações adotadas pela American Society for Testing Materials (ASTM), American Association for State Highway and Transportation Officials (AASHTO), ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) e Massachusetts Institute of Technology (MIT). No Brasil a Associação Brasileira de Normas Técnicas, com a norma ABNT NBR 6502/95 Terminologia - Rochas e Solos, define como: Bloco de rocha Fragmentos de rocha transportados ou não, com diâmetro superior a 1,0 m. Matacão fragmento de rocha transportado ou não, comumente arredondado por intemperismo ou abrasão, com uma dimensão compreendida entre 200 mm e 1,0 m. Pedra de mão fragmento de rocha com diâmetro compreendido entre 60 mm e 200 mm. Pedregulho solos formados por minerais ou partículas de rocha, com diâmetro compreendido entre 2,0 e 60,0 mm. Quando arredondados ou semi arredondados, são denominados cascalhos ou seixos. Dividese quanto ao diâmetro em: pedregulho fino (2 a 6 mm), pedregulho médio (6 a 20 mm) e pedregulho grosso (20 a 60 mm). Areia solo não coesivo e não plástico formado por minerais ou partículas de rochas com diâmetros compreendidos entre 0,06 mm e 2,0 mm. As areias de acordo com o diâmetro classificam-se em: areia fina (0,06 mm a 0,2 mm), areia média (0,2 mm a 0,6 mm) e areia grossa (0,6 mm a 2,0 mm). Silte solo que apresenta baixo ou nenhuma plasticidade, baixa resistência quando seco ao ar. Suas propriedades dominantes são devidas à parte constituída pela fração silte. É formado por partículas com diâmetros compreendidos entre 0,002 mm e 0,06 mm. Tabela 2 - Escalas granulométricas adotadas pela A.S.T.M., A.A.S.H.T.O, M.I.T. e ABNT. 39

40 Argila solo de graduação fina constituída por partículas com dimensões menores que 0,002 mm. Apresentam características marcantes de plasticidade; quando suficientemente úmido, molda-se facilmente em diferentes formas, quando seco, apresenta coesão suficiente para construir torrões dificilmente desagregáveis por pressão dos dedos. Caracteriza-se pela sua plasticidade, textura e consistência em seu estado e umidade naturais. Estas características serão vistas na Aula 8 (Limites de Atterberg). Registra-se que o que caracteriza um determinado material granulometricamente é a fração e não as características mineralógicas Caráter laterítico Processo de formação de solos típicos de climas quentes e úmidos, que se caracteriza pela concentração eluvial de óxidos e hidróxidos d principalmente de alumínio e ferro. Esta concentração aumenta em função da lixiviação da sílica ou da adição desses óxidos e hidróxidos, (Nogami 1985). Com referência às resistências esperadas associadas às frações constituintes de um determinado solo, podem ocorrer incompatibilidades. Um solo argiloso que apresenta certa quantidade de argila, não necessariamente a maior parte em massa, mas, sim quantidade suficiente para imprimir ao solo características argilosas (plasticidade). Se o argilo-minerais contidos nesse solo contém elevada porcentagem de óxidos e hidróxidos de Fé e Al, espera-se para esse solo, quando compactado, baixíssima expansão e valores de resistência relativamente elevados, a argila normalmente encontrada nesse tipo de solo é a caulinita. Em contrapartida, um solo argiloso que possua argilo-minerais constituintes da família da smectita e da ilita pode-se esperar certa expansão e também baixa resistência. Observe-se que, os dois materiais podem apresentar as mesmas porcentagens de areia e também de argila e que, entretanto, são solos de diferentes comportamentos, estando esse comportamento associado somente ao caráter que os argilo-minerais imprimem a fração argilosa do solo. Assim, somente o ensaio de granulométrica não é suficiente para a obtenção de parâmetros que propicie escolher o material adequado para a utilização como camada de pavimento. 4.4 Granulometria - procedimento de ensaio Serão apresentados a seguir de maneira sucinta os procedimentos para a realização do ensaio de distribuição granulométrica de solos. Esses procedimentos estão baseados nas normas: ABNT-NBR-6457 (86) Amostras de Solo Preparação Para Ensaios de Compactação e Ensaios de Caracterização (apresentada na Aula 2) e, ABNT-NBR-7181 (84) Solo Análise Granulométrica O ensaio é dividido em três partes: peneiramento grosso fração > 2,0 mm, 40

41 peneiramento fino: 2,0 mm > fração > 0,075 mm e ensaio de sedimentação fração inferior a 0,075 mm. O preparo da amostra para ensaio de granulometria foi descrito no Peneiramento grosso Dessa porção passa-se este material pela #(peneira) n.10 abertura de 2,0mm, destorroando os torrões ainda existentes; Lavar a parte retida do item anterior na # n.10 (abertura de 2,0mm) em seguida secar em estufa 105 ºC a 110 ºC até constância de peso; Pesar o material retido e lavado (Mg); Passar esse material pelas #s com as seguintes aberturas: 50, 38, 25, 19, 9,5, 4,8 e 2,0, anotando as massas retidas acumuladas (ou parciais) em cada peneira. Peneiramento fino Da fração passada na # n. 10 (abertura de 2,0 mm), determina-se em três cápsulas o teor de umidade do solo; Toma-se uma porção de 120 g de peso (Pu) e lavar-se na # n.200 (abertura de 0,075mm) essa fração, vertendo-se água potável à baixa pressão, em seguida secar em estufa 105 ºC a 110 ºC até constância de peso; Passar esse material pelas #s com as seguintes aberturas: 1,2, 0,6, 0,42, 0,25, 0,15 e 0,075, anotando as massas retidas acumuladas (ou parciais) em cada peneira. Sedimentação Baseada na Lei de Stokes se determina o diâmetro médio da partícula que esta em queda a uma velocidade constante em um fluido. Após a partícula em queda livre atingir velocidade constante que é função do quadrado do diâmetro da esfera, assim, relaciona-se o diâmetro equivalente das partículas (D) em suspensão com a velocidade de sedimentação (v) em meio líquido de viscosidade ( ) e de densidades ( ) conhecidos. A descrição sucinta do ensaio consiste em: Do material passado na # n.10 (abertura de 2,0 mm) toma-se uma porção de 120 g para solos arenosos e 70 g para solos argilosos ou siltosos; Transferir esse material para um béquer e adicionar 125 ml de defloculante (solução de hexametafosfato de sódio) por 12 horas; Colocar a amostra de solo + a solução no dispersor por 15 minutos; Transferir a dispersão para uma proveta de 1000 ml e completar a marca de 1000 ml com água destilada; Tampando a boca da proveta com uma das mãos, aplicar movimentos enérgicos de rotação, durante 1 minuto, pelos quais a boca da proveta passe de cima para baixo e vice-versa; Imediatamente após a agitação, colocar a proveta sobre a mesa, anotar a hora exata do início da sedimentação e mergulhar cuidadosamente o densímetro na dispersão; Efetuar leituras no densímetro correspondentes as tempos 0,5, 1,0, e 2,0 minutos, com o densímetro dentro da dispersão; 41

42 Retirar cuidadosamente o densímetro; Fazer leituras nos tempos 4, 8, 15, e 30 minutos, 1, 2, 4, 8 e 24 horas, a contar do início da sedimentação. Efetuar a leitura da temperatura da dispersão em cada leitura. Após o término das leituras, verter todo o material aderido às paredes da proveta com água a baixa pressão. Os cálculos pertinentes às três etapas do ensaio de granulometria estão apresentados nas normas. Questionário 1) Qual o intuito da de se determinar a granulometria de um solo? 2) O que se pode esperar quanto a capacidade de suporte de um solo com presença pronunciada de material grosso? 3) Idem a questão 2, de um solo com presença pronunciada de argila? 4) Se for uma argila da família da caulinita somente o ensaio de granulometria é suficiente para expressar as características do solo? 5) Qual a função do defloculante no ensaio de sedimentação? 6) Como se deve expressar um resultado de ensaio de granulometria? 7) Ensaio exemplo: Traçar o gráfico da distribuição granulométrica referente ao ensaio abaixo (diâmetro mm x % < ), das três partes: peneiramento grosso, peneiramento fino e sedimentação. Bibliografia ABNT-NBR Amostras de Solo Preparação Para Ensaios de Compactação e Ensaios de Caracterização, 1986 ABNT-NBR Solo Análise Granulométrica

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45 FATEC - GRANULOMETRIA DE SOLOS INTERESSADO: LOCAL : ORDEM Nº AMOSTRA : PROFUNDIDADE (m): DATA: DETERMINAÇÃO DE UMIDADE PENEIRAMENTO GROSSO (peso em gramas) Cápsula n. A) AMOSTRA TOTAL ÚMIDA : Pu + T g B) SOLO SECO RETIDO # 10 : Ps + T g C) SOLO ÚMIDO PASSADO # 10 (a - b) : Água g D) SOLO SECO. PEN. # 10 (A-B) / (1+h) : Tara g E) AMOSTRA TOTAL SECA (b+d) : P. seco g PEN. FINO E SEDIMENTAÇÃO (peso em gramas) Umidade % PESO DA AMOSTRA ÚMIDA: w (%) média PESO DA AMOSTRA SECA: DENSIDADE DOS GRÃOS PICNÔMETRO TEMP. º C: PICNÔMETRO TEMP. º C: SOLO ÚMIDO cps g SOLO ÚMIDO cps g (A) SOLO SECO g (A) SOLO SECO g (B) PICNÔMETRO + ÁGUA g (B) PICNÔMETRO + ÁGUA g (A) + (B) g (A) + (B) g (C) PICNÔMETRO + ÁGUA + SOL g (C) PICNÔMETRO + ÁGUA + SOLO g (A) + (B) - (C) g (A) + (B) - (C) g DENSIDADE DOS GRÃOS (g/cm³) DENSIDADE DOS GRÃOS (g/cm³) PENEIRAMENTO GROSSO PENEIRAMENTO FINO PENEIRA DIÂMETROS PESO DA AMOSTRA SECA PESO DA Nº (mm) Ret. Acum. Pass.Acum. % < D AMOSTRA SECA % < % < 2" 50 (mm) Ret. Acum. Pass.Acum. Parcial 1 1/2" 38 1,20 1" 25 0,60 3/4" 19 0,42 3/8" 9,5 0,30 4 4,8 0, ,075 SEDIMENTAÇÃO 0 TEMP. INTERVALO ALTURA CORREÇÃO L.CORREGIDA DIAMETRO DO Q ºc DE TEMP O HORA LEITURA DE QUEDA (D L ) (Lc) a GRÃOS (mm % < DENSIMETRO COR. DO MENISCO DENSIDADE DOS GRÃO% DE MAT. PASSADO Q _ d_. _a_. Lc Nº (d) # 10 (a) = (d a ) Ps 45

46 46

47 Diâmetro efetivo, Coeficientes de uniformidade e Curvatura: Diâmetro efetivo (D10) É o ponto característico da curva granulométrica para medir a finura do solo, que corresponde ao ponto de 10%, tal que 10% das partículas do solo possuem diâmetros inferiores Coeficiente de uniformidade (Cu) Forma de expressar a distribuição do tamanho das partículas do solo; valores próximos da unidade indicam curva granulométrica com distribuição quase vertical, com os diâmetros variando em um intervalo pequeno, por outro lado, valores acima da unidade a curva granulométrica irá se abatendo e aumentando o intervalo de variação dos diâmetros. Da mesma foram que foi definido D10, define-se D60, Equação 11. d Cu d A classificação dos solos quanto Cu são em: Uniforme para Cu < 5 Mediamente uniforme para 5 < Cu < 15 Desuniforme para Cu > Coeficiente de curvatura (Cc) É a relação entre o diâmetro correspondente a 30% pelo produto dos diâmetros correspondentes a 60% e 10%, obtidos na curva granulométrica. Expressa a graduação do material para solos arenosos bem graduados o valor de Cc esta compreendido entre 1 e 3, Equação 12. ( d30) C c d * d Portanto, a distribuição do tamanho de partículas é proporcional, de forma que os espaços deixados pelas partículas maiores sejam ocupados pelas menores. Para solos granulares há maior interesse no conhecimento do tamanho das partículas, visto que, algumas de suas propriedades estão relacionadas com os mesmos, o que não ocorre com os solos finos. Logo, segundo a forma da curva podemos distinguir os diferentes tipos de granulometria conforme pode ser observado na Figura

48 48 Figura 18 - Tipos de distribuições granulométricas Compacidade Estado de maior ou menor concentração de grãos ou partículas de um solo não coesivo (areias siltes arenosos) em um dado volume. Materiais coesivos, ou seja, com presença de argila, não necessariamente em maior porcentagem de massa mas, com atividade suficiente para emprestar ao solo caráter coesivo, será abordado na aula, limites de Atterberg Compacidade relativa (ID) Parâmetro numérico que permite quantificar o estado de compacidade de solos arenosos ou siltosos arenosos, comparando-se o índice de vazios real com os índices de vazios máximo (estado fofo) e mínimo (estado compacto). É igual ao quociente da diferença entre os índices de vazios máximo e real e da diferença entre os índices máximos e mínimos, Equação 13. I D e e máx máx e e real mín 13 Estado do solo quanto Id; fofo para 0 < Id 1/3 mediamente compacto para 1/3 < Id 2/3 e compacto para 2/3 < Id 1 Exercício Traçar as três distribuições granulométricas e determinar o D10, o Cu expressando a uniformidade de cada curva, o Cc demonstrando a graduação de cada uma. Determine também as porcentagens das frações de pedregulho, areias grossa, médias e finas e as porcentagens de silte e de argila de cada material. Peneiras (mm) A Solos B C 19, , , , , , , , , , ,03 2, ,02 2, ,01 2, ,007 2,

49 % que passa 49 DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DE TRÊS TIPOS DE SOLOS ,001 0,01 0, ABNT NBR 6592/95 Argila Silte Areia Pedregulho Ensaio Sedimentação Peneiramento 49

50 % que Passa 50 Curvas D 10 D 30 D 60 Cc Cu A B C GRANULOMETRIA Material Peneiras Brita 1 Pó-de-pedra Cal CH-I n. mm Mat. Retido Mat. Passa % que Mat. Retido Mat. Passa % que Mat. Retido Mat. Passa % que Acumulado Acumulado passa Acumulado Acumulado passa Acumulado Acumulado passa 1" 25, /4" 19, /2" 12,5 666, , ,40 89, ,60 423, , ,70 872, , , ,7 16, , , ,9 49,5 Massa total % 90% 80% DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0,01 0, Peneiras (mm) Determinar: Diâmetro efetivo, Cu e Cc para cada curva As frações constituintes de cada material 50

51 51 Determinar a compacidade relativa (ID) para a amostra de areia. Exercício 1 Volume do molde emáx Volume do molde emín Peso do molde Peso do molde P. do molde + amostra estado fofo Peso da amostra estado fofo Massa esp. aparente estado fofo P. do molde + amostra estado compacto Peso da amostra estado compacto Massa esp. aparente estado compacto Massa espec. dos sólidos ( d) - g/cm3 Massa esp. natural ( real) 2,73 I D e e máx máx e e real mín Exercício 2 Volume do molde emáx Volume do molde emín Peso do molde Peso do molde P. do molde + amostra estado fofo Peso da amostra estado fofo Massa esp. aparente estado fofo P. do molde + amostra estado compacto Peso da amostra estado compacto Massa esp. aparente estado compacto Massa espec. dos sólidos ( d) - g/cm3 Massa esp. natural ( real) 2,73 I D e e máx máx e e real mín 51

52 52 AULA 05 DIRETRIZES PARA EXECUÇÃO DE SONDAGENS Trado, Poços de Inspeção, Percursão, SPT e, Rotativa SONDAGENS A TRADO Trata-se da sondagem mais utilizada em pavimentação, normalmente em projetos de estruturas de pavimentos deseja-se saber os tipos de materiais existentes até a profundidade de 1,5 m, pois, profundidades maiores, a influência do peso próprio do material é preponderante à ação das cargas dos veículos Identificação As sondagens a trado deverão ser identificadas pela sigla ST seguida de número indicativo. Em cada obra o número indicativo deverá ser sempre crescente, independentemente do local. Quando for necessária a execução de mais de um furo em um mesmo ponto de investigação, os furos subseqüentes terão a mesma numeração do primeiro furo acrescida das letras A, B, C, etc Equipamentos A empresa que irá realizaro a sondagem deverá fornecer os equipamentos para execução de sondagem até 15m de profundidade. No caso de mais de um equipamento operando numa mesma obra, é suficiente que apenas um deles tenha material (hastes prolongadoras) para atingir 15m, enquanto os demais poderão dispor de material para até 10m de profundidade. Os equipamentos constarão dos seguintes elementos: trados manuais rotativos tipo caneco, com 4 e 6 de diâmetro - Figura 19, cavadeira manual articulada Figura 20, hastes prolongadoras Figura 21, luvas, medidor de nível d água, metro, recipientes para amostras e ferramentas para a operação dos equipamentos. 52

53 53 Figura 19 - Tipos de trado manual Figura 20 - Cavadeira manual articulada Figura 21 - Trado manual com haste prolongadora Execução da sondagem As sondagens deverão ser iniciadas após limpeza de uma área circular de cerca de 2 m de diâmetro, concêntrica ao furo a ser executado e abertura de um sulco ao seu redor que desvie as águas de enxurradas, no caso de chuva. Inicialmente o furo deverá ser feito com a cavadeira manual articulada (Figura 7) até que a profundidade impossibilite o seu prosseguimento. Dá-se sequência ao furo com a utilização do trado manual (Figura 6). Conforme o avanço do furo adiciona-se hastes ao trado manual. O material retirado do furo deverá ser depositado à sombra, em local ventilado, sobre uma lona ou tábua, de modo a evitar sua contaminação com solo superficial do terreno e a diminuição excessiva de umidade. O material obtido deverá ser agrupado em montes dispostos segundo sua profundidade a cada metro perfurado. Quando houver mudança de característica do material no transcorrer de um metro perfurado, deverão ser preparados dois montes relativos aos materiais anterior e posterior à mudança. O controle das profundidades dos furos deverá ser feito pela diferença entre o comprimento total das hastes com o trado e a sobra das hastes em relação à boca do furo. 53

54 54 No caso da sondagem atingir o lençol d água, a sua profundidade será anotada. Quando ocorrer artesianismo 5 deve ser registrado uma avaliação da vazão de escoamento d água ao nível do solo. O nível d água deverá ser medido todos os dias, antes do início dos trabalhos e na manhã seguinte após concluído o furo. A sondagem a trado será dada por terminada nos seguintes casos: a. - quando atingir a profundidade especificada na programação dos serviços; b. - quando atingir o limite de 15m de profundidade; c. - quando ocorrer desmoronamentos sucessivos da parede do furo; d. - quando o avanço do trado for inferior a 5cm em 10 minutos de operação contínua de perfuração. Quando o terreno for impenetrável ao trado devido à ocorrência de cascalho, matacões ou rocha, e houver interesse de se investigar melhor o local, a critério da Fiscalização, o furo deverá ser dado como terminado, sendo iniciado um novo furo (uma nova numeração), deslocado de cerca de 3,0m, para qualquer direção. Todas as tentativas deverão constar da apresentação final dos resultados. Nos intervalos dos turnos de furação e nos períodos de espera para a medida final do nível d água, o furo deverá permanecer com uma tampa e protegido da entrada de água de chuva. Todos os furos deverão ser totalmente preenchidos com solo após o seu término, deixando-se cravada no local uma estaca com a sua identificação. Nos furos que alcançaram o nível d água, essa operação será feita após a última medida de N.A Amostragem Quando o material perfurado for homogêneo, as amostras deverão ser coletadas a cada metro, salvo orientação em contrário da Fiscalização. Se houver mudanças no transcorrer do metro perfurado, deverão ser coletadas tantas amostras quantos forem os diferentes tipos de materiais. Uma boa identificação das consistem em por duas etiquetas, uma externa e outra interna ao recipiente de amostragem, onde constem: - nome da obra; - nome do local; - número do furo; - intervalo de profundidade da amostra; - data da coleta. 5 Artesianismo também denominado de poço artesiano jorrante. A água é jorrada do subsolo naturalmente, sem a necessidade de equipamentos para sua retirada. Em muitos casos a pressão da água nas camadas confinadas do subsolo é tal que quando perfurada a água é empurrada além da superfície, dando origem a poços artesianos. Quando se necessita de equipamentos para a retirada da água, diz-se poços semi-artesianos. 54

55 55 As amostras para ensaios geotécnicos deverão ser acondicionadas em sacos, imediatamente após terem sido retiradas do furo, a cada metro de furo. As anotações de identificação deverão ser feitas em papel resistente de forma a não tornar-se inlegígel com o manuseio das amostras. Antes de colocar a amostra em cada saco, deve-se coleta-se 100g em recipiente de tampa hermética, parafinada ou selada com fita colante para determinação de umidade natural. Em seguida coleta-se quantidade especificada pela empresa contratante, em sacos de lona ou plásticos com barbante, para os demais ensaios geotécnicos. Para estudos geológicos as amostras poderão ser coletadas após a conclusão do furo. Coleta-se uma ou mais amostras por metro de furo, dependendo da homogeneidade do material atravessado. As amostras, quantidade especificada pela empresa contratante, serão acondicionadas em recipiente rígido ou saco plástico transparente. O material retirado dos últimos centímetros do furo deverá constituirse em uma amostra. Todo material coletado deverá permanecer guardado à sombra, em local ventilado, até o final da jornada diária, quando será transportado para o local indicado pela Fiscalização, na obra Apresentação dos resultados Salvo exigências da empresa contratante, o relatório preliminar, caso sejam necessários, de cada sondagem a trado deverá ser apresentado constando os seguintes itens: - nome da obra e interessado; - identificação e localização do furo; - diâmetro da sondagem; - cota, se fornecida pela Fiscalização; - data da execução; - tipo e profundidade das amostras coletadas; - motivo da paralisação; - medidas de nível d água com data, hora e profundidade do furo por ocasião da medida. No caso de não ser atingido o nível d água deve-se anotar as palavras furo seco. Os resultados finais de cada sondagem a trado deverão ser apresentados em forma de relatórios, na forma de perfis individuais na escala conforme especificação da empresa contratante juntamente com a classificação geotécnica visual dos materiais. Contam ainda do relatório final a localização, tempo gasto, totais de furos executados e de metros perfurados, bem como outras informações de interesse e conhecimento da empreiteira e planta de localização das sondagens ou, na sua falta, esboço com distâncias aproximadas e amarração. 55

56 POÇOS DE INSPEÇÃO EM SOLOS Este tipo de sondagem é utilizado para se verificar a descrição do perfil ao longo de toda a extensão do poço. Normalmente, são abertas trincheiras, ou seja, poços de inspeção longitudinais. Nesses tipos de poços pode-se constatar eventuais dobras na ocorrências dos solos. Os poços também sõo destinados para retiradas de amostras indeformadas, destinadas a ensaios geotécnicos Identificação As sondagens por meio de poços de inspeção deverão ser identificadas pela sigla P seguida de número indicativo. Em cada obra o número indicativo deverá ser sempre crescente, independentemente do local, fase ou objetivo da sondagem Equipamento Compete a empresa executora o fornecimento de equipamento para execução de poços de inspeção de até 20m de profundidade, em solos coesivos acima do nível d água. Os equipamentos deverão constar dos seguintes elementos, enxadão, picareta, pá, sarilho Figuras 22 e 23, corda e balde. A corda e o sarilho deverão ser suficientemente resistentes para suportar com segurança o peso de um homem. Na Figura 24 mostra-se um poço de sondagem em forma quadrada. Figura 22 - Sarilho Figura 23 - Sarilho instalado em poço Figura 24 - Poço de sondagem Execução O poço deverá ser iniciado após limpeza superficial de uma área de 4,0 m X 4,0 m e construção de uma cerca de madeira pintada ou com fios de arame farpado no perímetro da área limpa. Ao redor da área cercada deverá ser aberto um sulco de drenagem, que evite a entrada de enxurradas no poço. O diâmetro mínimo do poço a ser aberto será 1,10m. A sua forma deverá ser de preferência circular, para maior segurança e rendimento. A empreiteira deverá manter uma corda de reserva estendida junto à parede do poço e firmemente fixada na superfície do terreno durante a fase de execução e descrição. Nas paredes do 56

57 57 poço deverão ser escavados degraus, dispostos segundo duas fileiras diametralmente opostas que facilitem escalar o poço com o auxílio da corda de reserva. Nos casos de terrenos instáveis os poços deverão ser escorados (revestimento) Figura 25. Para facilitar a aplicação do escoramento à seção do poço, poderá ser quadrada. Figura 25 - Poço (trincheira) com revestimento em madeira O escoramento deverá ter aberturas retangulares, verticais, com largura mínima de 10cm, dispostas nas paredes do poço de maneira a permitirem o exame de toda a sequência vertical do terreno. Caberá única e exclusivamente ao Empreiteiro a responsabilidade de verificar a estabilidade das paredes dos poços em execução, interrompendo os trabalhos de escavação tão logo sejam verificados indícios de desmoronamento que coloque em risco a integridade dos trabalhadores. A Fiscalização opinará sobre a necessidade de dar continuidade ao poço, no caso de insegurança para o trabalho. Se seu aprofundamento for necessário o escoramento será feito pela própria Empreiteira com base em sua experiência neste tipo de serviço. Todo o solo retirado do poço deverá ser depositado em sequência ao seu redor, de maneira a formar anéis em caracol onde a distribuição vertical dos materiais atravessados fique reproduzida, sem escala. No caso do poço atingir o lençol d água a sua profundidade será anotada. Quando ocorrer artesianismo deverá ser anotado uma avaliação da vazão de escoamento ao nível do terreno. O nível d água deverá ser medido todos os dias antes do início dos trabalhos e na manhã seguinte após a conclusão do poço. Nos poços feitos em terrenos sedimentares recentes, ricos em matéria orgânica, deverá ser providenciada ventilação forçada no fundo do poço, de maneira a expulsar eventuais emanações de gás letal. Nessas condições, os trabalhadores deverão utilizar máscaras contra gases. No término de cada jornada de trabalho, a boca do poço deverá ser coberta por uma tampa de madeira apoiada sobre um cordão de solo, que impeça a entrada de águas pluviais e animais no poço. O poço será considerado concluído nos seguintes casos: - quando atingir a cota prevista pela programação dos trabalhos; - quando houver insegurança para o trabalho; - quando ocorrer infiltração d água acentuada que torne pouco produtiva as operações de escavação e esgotamento d água com o balde; 57

58 58 - quando ocorrer no fundo do poço material não escavável por processos manuais. O poço deverá ser totalmente preenchido com solo após seu término. Por solicitação da Fiscalização esta operação poderá ser adiada até o término do último poço a ser executado na obra pela Empreiteira. No local do poço será cravada uma tabuleta com os seguintes dados: - número do poço; - profundidade; - cota e amarração (se fornecidos) Amostragem As amostras deformadas deverão ser coletadas a cada metro perfurado em material homogêneo, salvo orientação em contrário da Fiscalização. Se ocorrer mudanças no transcurso de um metro perfurado, deverão ser coletadas tantas amostras quantos forem os diferentes tipos de materiais. As amostras serão identificadas por duas etiquetas, uma externa e outra interna ao recipiente de amostragem, onde deve constar: - nome da obra; - nome do local; - número do poço; - intervalo de profundidade da amostra; - data da coleta. As amostras serão coletadas do material retirado à medida que o poço avança, não sendo permitida a amostragem por raspagem da parede do poço após sua conclusão. As anotações deverão ser feitas em etiquetas, sendo essas protegidas de destruição com o manuseio das amostras.as amostras deverão ser colocadas sem demora em dois recipientes: um, de tampa hermética parafinada ou selada com fita colante, com aproximadamente 100g de material e outro, de lona ou plástico com barbante, com quantidade especificada pela contratante. Deverão permanecer guardadas à sombra, em local ventilado, até o final da jornada diária, quando serão transportadas para o local indicado pela Fiscalização, na obra. As profundidades para coleta das amostras indeformadas deverão ser determinadas pela equipe técnica que acompanha a obra. Caso não exista esta determinação, as amostras deverão ser coletadas a cada dois metros e cada vez que ocorrer mudança de material. As amostras indeformadas serão constituídas de cubos de solo não deformado, com arestas de 0,30m de dimensão mínima, coletados da seguinte maneira: Quando o fundo do poço se encontrar à cerca de cinco centímetros da profundidade a ser amostrada, deverá ser iniciada a talhagem cuidadosa do cubo a ser coletado através da remoção do solo que o circunda. Talhado o bloco, sem seccioná-lo do fundo do poço, suas faces (com dimensões próximas de 0,30 cm de aresta) deverão receber uma delgada camada de parafina, aplicada com pincel. Quando necessário o bloco poderá ser envolvido ou reforçado ao longo dessas arestas, com talagarça (saco de estopa) 58

59 59 Após a operação anteriormente descrita, envolve-se a amostra com uma forma quadrada de madeira aparafusada, de 0,34m de dimensão interna, sendo essa forma sem fundo e sem tampa. Colocada a forma e bem vedada seu contacto com o solo que ladeia a amostra, despeja-se parafina líquida nos vazios da forma e na face superior do bloco. Após o endurecimento da parafina, fixa-se o fundo da forma às laterasi da forma e secciona-se cuidadosamente o bloco pela sua base, regularizando-se e parafinando-se a mesma. O bloco deve ser retirado do poço com a forma e, após a remoção desta, cola-se numa das faces do bloco uma etiqueta que deve constar os seguintes dados: - nome da obra; - local; - número do poço; - profundidade do topo e base da amostra; - data; - cota da boca do poço; - operador; - orientação espacial. Toda a operação até aqui descrita deve ser efetuada no menor tempo possível, ao abrigo de luz solar direta, não sendo permitida nenhuma paralisação durante o processo. As amostras coletadas deverão permanecer guardadas à sombra, em local ventilado, até o final da jornada diária, quando serão transportadas com o máximo cuidado, sem choques ou vibrações, até o local indicado pela Fiscalização, na obra Apresentação dos resultados O relatório preliminar da sondagem, caso seja necessário, de cada poço de inspeção deverá ser apresentado constando os seguintes itens: - nome da obra e Interessado; - identificação e localização do poço; - forma e dimensões; - cota da boca, se fornecida pela Fiscalização; - data da execução; - tipo e profundidade das amostras coletadas; - motivo da paralisação; - medidas de nível d água com data, hora e profundidade do poço na ocasião da medida. No caso de não ser atingido o nível d água deve-se anotar as palavras poço seco. O relatório final da sondagem deverá constar: perfis individuais com a classificação geotécnica visual dos materiais atravessados, suas estruturas, resistências, etc.. No relatório ainda devem constar, texto explicativo com localização, tempo gasto, número de poços executados, total de metros perfurados, bem como outras informações de interesse e conhecimento da Empreiteira e, planta de localização dos poços ou, na sua falta, esboço com distâncias aproximadas e amarração. 59

60 SONDAGENS DE SOLOS A PERCUSSÃO Esse tipo de sondagem consiste no simples reconhecimento dos tipos de solos e das respectivas espessuras de cada camada de um terreno Identificação As sondagens a percussão deverão ser identificadas pela sigla SP seguida de número indicativo. Em cada obra o número indicativo deverá ser sempre crescente, independentemente do local, fase ou objetivo da sondagem. Quando for necessária a execução de mais de um furo num mesmo ponto de investigação, os furos subseqüentes terão a mesma numeração do primeiro, acrescida das letras A, B, C, etc. No caso de prosseguimento da sondagem pelo método rotativo, a mesma deverá ser denominada com a sigla e número das sondagens rotativas Equipamento A empresa executora deverá fornecer equipamento para execução de sondagens de até 40 m de profundidade. O equipamento constará dos seguintes elementos: tripé ou equivalente, hastes, tubos de revestimento, barriletes amostradores (Figura 26), martelo para cravação do barrilete, bomba d água, baldinho com válvula de pé, trépano de lavagem (Figura 28), motor com guincho e/ou macacos e/ou saca tubos, medidor de nível d água, trado cavadeira, trado espiral e ferramentas necessárias à operação. Figura 26 - Tripé Figura 27 - Amostra extraída do barrilete amostrador Figura 28 - Ferramenta de perfuração Trépano Figura 29 - Esquema de umfuro de sondagem à percursão 60

61 61 O diâmetro dos trados deverão ser aproximadamente 5 milímetros inferior ao do diâmetro externo do revestimento utilizado. Na Figura 27 mostra-se detalhe das amostras estraídas pelo barrilete amostrador. As hastes condutoras do barrilete deverão ser de tubo reto de 1 de diâmetro interno e parede espessa, com roscas (com fios quadrados) que permitam firme conexão com as luvas, e peso de aproximadamente 3,0kg por metro linear. As peças de avanço da sondagem deverão permitir a abertura de um furo com diâmetro mínimo de 2 1/2 (Figura 26). É apresentado na Figura 29 esuematicamente o processo da sondagem à percursão Execução da sondagem Inicialmente deve ser feita a limpeza de uma área que permita o desenvolvimento de todas as operações sem obstáculos e aberto um sulco ao seu redor para impedir, no caso de chuva, o aporte de enxurrada. Quando for necessária a construção de uma plataforma, a mesma deverá ser totalmente assoalhada e cobrir, no mínimo, a área delimitada pelos pontos de fixação do tripé. As sondagens deverão ser iniciadas utilizando-se do cavadeira manual articulada até onde possível. Tomando-se impossível a perfuração a trado cavadeira o avanço será feito utilizando-se trado espiral. No caso de ser atingido o nível d água ou quando o avanço do trado espiral for inferior a 5 cm em 10 minutos de operação contínua de perfuração, poderá passar-se para o método de percussão com circulação de água (lavagem). Para tanto é obrigatória a cravação do revestimento. Quando o avanço do furo se faz por lavagem 6 Figura 30, deve-se erguer o sistema de circulação d água (o que equivale a elevar o trépano) da altura de aproximadamente 0,3 m e durante sua queda deve ser manualmente imprimido um movimento de rotação no hastearnento. Figura 30 - Sentido da circulação de lavagem Os detritos pesados que não são carreados com a circulação d água, deverão ser retirados com o baldinho com válvula de pé. 6 Na operação por lavagem é comum utilizar lama bentonítica (adição de bentonita à água) de forma a aumentar densidade da água e propiciar um melhor carreamento das partículas em suspensão. 61

62 62 O controle das profundidades do furo, com precisão de 1 (um) centímetro, deverá ser feito pela diferença entre o comprimento total das hastes com a peça de perfuração e a sobra das mesmas em relação a um nível de referência fixado junto à boca do furo. No caso da sondagem atingir o lençol d água, a sua profundidade será anotada. Quando ocorrer artesianismo deve ser anotado a altura máxima de elevação d água no revestimento e a medida da vazão, com o respectivo nível dinâmico. O nível d água ou as características do artesianismo deverão ser medidos todos os dias antes do início dos trabalhos e na manhã seguinte após a conclusão da sondagem. A sondagem a percussão será dada por terminada nos seguintes casos: a) quando atingir a profundidade especificada na programação dos serviços; b) quando atingir o limite de 40m de profundidade; c) quando ocorrer a condição de impenetrabilidade; d) quando estiver prevista sua continuação pelo processo rotativo e for as atingida condições do item anterior. Salvo especificação em contrário, imediatamente após a última leitura do nível d água, ou término de furo seco, o mesmo deverá ser totalmente preenchido com solo, deixando-se cravada ao seu lado uma estaca com a identificação da sondagem. A apresentação do relatório segue o mesmo padrão exposto na sondagem a trado e poços de inspeção. 62

63 STANDARD PENETRATION TEST (SPT) Esse tipo de sondagem assemelha-se a sondagem à percursão descrito no item 5.3. Difere-se basicamente na padronagem dos equipamentos e principalmente no fato que a sondagem SPT é um índice de resistência à penetração do solo. O ensaio de penetração de acordo com o método Standard Penetration Test (SPT), que é um parâmetro de resistência, deverá ser medido a cada metro, a partir de 1,0m de profundidade. As dimensões e detalhes construtivos do penetrômetro SPT deverão estar rigorosamente de acordo com a norma NBR-6484 (ABNT). O hasteamento a ser usado é o mesmo indicado para a sondagem a percursão. O ensaio de penetração consistirá na cravação do barrilete amostrador, através do impacto, sobre a composição do hasteamento de um martelo de 65,0kg caindo livremente de uma altura de 75cm. O martelo para cravação do amostrador deverá ser erguido manualmente, com auxílio de uma corda e polia fixa no tripé. É vedado o emprego de cabo de aço para erguer o martelo. A queda do martelo deverá se dar verticalmente sobre a composição, com a menor dissipação de energia possível. O martelo deverá possuir uma haste guia onde deverá estar claramente assinalada a altura de 75cm. O barrilete deverá ser apoiado suavemente no fundo do furo, assegurando-se que sua extremidade se encontre na cota desejada e que as conexões entre as hastes estejam firmes e retilíneas. A ponteira do amostrador não poderá estar fraturada ou amassada. Colocado o barrilete no fundo, deverão ser assinalados com giz, na porção de haste que permanece fora do revestimento, três trechos de 15,0 cm cada. A seguir, o martelo deverá ser suavemente apoiado sobre a composição de hastes anotando-se a eventual penetração observada. Não tendo ocorrido penetração igual ou maior do que 45cm no procedimento acima, inicia-se a cravação do barrilete através da queda do martelo. Cada queda do martelo corresponderá a um golpe e serão aplicados tantos golpes quantos forem necessários à cravação de 45cm do amostrador, atendida a limitação do número de golpes indicada adiante. Deverão ser anotados o número de golpes e a penetração em centímetros para a cravação de cada terço do barrilete, ou o número de golpes e a penetração respectiva. O valor da resistência à penetração consistirá no número de golpes necessários à cravação dos 30,0 cm finais do barrilete. A cravação do barrilete será interrompida quando se obtiver penetração inferior a 5,0 cm durante 10 golpes consecutivos, não se computando os cinco primeiros golpes do teste. O número máximo de golpes num mesmo ensaio será de 50. Nestas condições o terreno será considerado impenetrável ao SPT. Atingidas as condições definidas anteriormente, os ensaios de penetração serão suspensos, sendo reiniciados quando, em qualquer profundidade, voltar a ocorrer material susceptível de ser submetido a este tipo de ensaio. 63

64 Amostragem As amostras deverão ser representativas dos materiais atravessados e livres de contaminação. As amostras a serem obtidas nas sondagens a percussão serão dos seguintes tipos: Amostras de barrilete amostrador SPT, com cerca de 250g, constituídas pela parte inferior do material obtido no amostrador. Sempre que possível a amostra do barrilete deverá ser acondicionada mantendo-se intactos os cilindros de solo obtidos (Figura 14). Amostras de lavagem, com cerca de 500g, obtida pela decantação da água de circulação, em recipiente com capacidade mínima de 10 litros. Neste processo de amostragem é vedada a prática de coleta do material acumulada durante o avanço da sondagem, em recipiente colocado junto à saída da água de circulação. Amostras de baldinho de pé, com cerca de 500g, constituídas por material obtido no baldinho com válvula de pé. Excetuando-se as amostras de barrilete, deverá ser coletada, no mínimo, uma amostra para cada metro perfurado. Se ocorrer mudanças no transcorrer do metro perfurado, deverão ser coletadas tantas amostras quantos forem os diferentes tipos de materiais. As amostras serão acondicionadas em caixas de madeira. As caixas deverão ser providas de tampa. Na tampa e num dos lados da caixa, deverão ser anotados com tinta indelével os seguintes dados: - número do furo; - nome da obra; - local; - número da caixa /o número de caixas do furo. Quando a sondagem a percussão for seguida por sondagem rotativa, deverá ser utilizada caixa de amostra apropriada para o diâmetro da sondagem rotativa programada. As amostras serão coletadas desde o início do furo e acondicionadas na caixa, com separação física com peças (tacos) de madeira, pregadas longitudinalmente. A sequência de colocação das amostras na caixa será de forma que descreva sequencialmente a profundidade do furo. A profundidade de cada trecho amostrado será anotada, com caneta esferográfica ou tinta indelével, na peça física divisora das amostras. Cada metro perfurado, com exceção do primeiro, deverá estar representado na caixa de amostra por duas porções de material separadas por tacos de madeira: a primeira com a amostra de penetrômetro e a segunda com amostra de trado, lavagem ou baldinho. Não havendo recuperação de material no barrilete, no local da amostra deverá ser colocado uma identificação com as palavras não recuperou. 64

65 65 A cada ensaio de penetração (1,0 m penetrado), cerca de 100g da amostra do barrilete deverá ser imediatamente acondicionada em recipiente de vidro ou plástico rígido, com tampa hermética, parafinada ou selada com fita colante. Esta amostra deverá ser identificada: - nome da obra; - nome do local; - número da sondagem; - número da amostra; - profundidade da amostra; - número de golpes e penetração do ensaio; - data; - operador. Estes recipientes deverão ser acondicionados em caixas apropriadas para transporte ou, de preferência, na caixa especificada em norma. As caixas de amostras deverão permanecer guardadas à sombra, em local ventilado, até o final da sondagem, quando serão transportadas.para o local indicado pela Fiscalização, na obra Apresentação dos resultados Os resultados preliminares de cada sondagem a percussão deverão ser apresentados, conforme especificado em proposta contendo: - nome da obra e Interessado; - identificação e localização do furo; - diâmetro da sondagem e método de perfuração; - cota, se fornecida pela Fiscalização; - data da execução; - nome do sondador e da firma; - tabela com leituras de nível d água, com: data, hora, nível d água, profundidade do furo, profundidade do revestimento e observações sobre eventuais fugas d água, artesianismo, etc. - no caso de não ter sido atingido o nível d água, deverão constar no boletim as palavras furo seco ; - resultados dos ensaios de penetração, com o número de golpes e avanço em centímetros para cada terço de penetração do amostrador; - resultados dos ensaios de lavagem, com o intervalo ensaiado, avanço em centímetros e tempo de operação da peça de lavagem; - resultados dos ensaios de infiltração, com o processo utilizado, posição da boca inferior e superior do revestimento, profundidade do furo, diâmetro do revestimento e medidas de absorção d água feitas a cada minuto, com a respectiva unidade; - indicação das anomalias observadas; - confirmação do preenchimento do furo ou motivo do seu não preenchimento; - motivo da paralisação do furo; - visto do encarregado da Empreiteira na obra. 65

66 66 Os resultados finais de cada sondagem a percussão deverão ser apresentados na forma de perfis individuais, onde conste, calculados e colocados em gráfico quando for o caso, a classificação geológica e geotécnica dos materiais atravessados, feita por geólogo ou técnico cujo nome e assinatura deverão constar no perfil. Após o término do último furo da campanha programada, deverão ser entregues: a) relatório e, b) planta de localização das sondagens Resistência SPT Compacidade, conforme definido no item 4.6, associa-se a resistência à penetração SPT para materiais de características arenosas, os estados de fofa a compacta descritos na tabela 03. Tabela 3 - Compacidade x SPT Resistência à penetração (número N do SPT) Compacidade 0 a 4 Muito fofa 5 a 8 Fofa 9 a 18 Compaciade média 19 a 40 Compacta > 40 Muito compacta Para materiais finos (argila e siltes) associa-se o estado quanto a consistência. Da mesma forma para as areia, pode-se determinar a consistência de solos finos pela resistência à penetração do barrilete amostrador do SPT. Apresentam-se na Tabela 04 as consistências de mole à dura correlatos ao número de SPT. Tabela 4 - Consistência x SPT Resistência à penetração (número N do SPT) Consistência < 2 Muito mole 3 a 5 Mole 6 a 10 Consistência média 11 a 19 Rija > 20 Dura Na Figura 31 é sugerido folha de registro de levantaemnto de um perfil de sondagem SPT descrevendo a cota e a profundidade (m), a ocorrência de N.A., o número de golpes SPT, a descriçãodo material extraído do furo e a convenção de identificação do material. 66

67 67 FOLHA DE SONDAGEM Cota Profund. SPN N.A (m) (m) (n) Dercrição Argila pouco arenosa, consistência mole e cor amarela Argila pouco arenosa, 6 8 consistência média e cor amarela Areia fina e média, siltosa compacta amarela Areia média, muito compacta /15 31/16 30/15 amarela /13 Convenção Figura 31 - Folha de ensaio de levantamento de um perfí de sondagem SPT 67

68 SONDAGENS ROTATIVAS Nesse tipo de sondagem é basicamente utilizada para materiais de 3ª.categoria (rochas), é muito utilizada em perfuração em poços petrlíferos, podendo atingir quiômetros de profundidade como exemplo a camada do pré-sal onde foi perfurado profundidades superiores a 3 km Identificação As sondagens rotativas serão identificadas pela sigla SR seguidas de número indicativo. Em cada obra o número indicado deverá ser sempre crescente, independentemente do local, fase ou objetivo da sondagem. Quando for necessária a execução de mais de um furo num mesmo ponto de investigação, os furos subseqüentes terão a mesma numeração do primeiro, acrescida das letras A, B, C, etc Equipamento O equipamento padrão deverá constar, sonda propriamente dita com motor a combustão interna ou elétrico (Figura 32), bomba d água, guincho, ferramentas, tubos de revestimento, coroas, luvas alargadoras, hastes, barriletes, caixas apropriadas para os testemunhos (Figura 33), obturadores de borracha e demais acessórios necessários à execução de sondagens rotativas, além dos equipamentos exigidos para sondagem a percussão, conforne relação do item 5.3. Figura 32 - Sonda rotativa Figura 33 - Retentores de testemunhos Execução da Sondagem Em terreno seco, a sondagem deverá ser iniciada após a limpeza de uma área que permita o desenvolvimento de todas as operações sem obstáculos, a abertura de um sulco ao seu redor para impedir, no caso de chuva, a entrada de enxurrada e a ancoragem firma a sonda no solo, de maneira minimizar a transmissão de suas vibrações para a composição de sondagem. Em terreno alagado ou coberto por lâmina d água de grande espessura, a sondagem deverá ser feita a partir de plataforma fixa ou flutuante firmemente ancorada, totalmente assoalhada, que cubra, 68

69 69 no mínimo, a área delimitada pelos pontos de apoio do tripé, ou um raio de 1,5m contados a partir dos contornos do conjunto motor-sonda. Quando ocorrer solo no local do furo, a sondagem deverá ser feita com medidas de SPT a cada metro, até serem atingidas as condições definidas no item 5.4. Para o avanço da sondagem neste trecho, que para efeitos de custos será considerada como sondagem à percussão, é facultada a utilização do processo rotativo em substituição aos processos normais de avanço da sondagem à percussão. Neste caso, o barrilete e a coroa da sonda rotativa avançarão à seco até o nível d água e com circulação d água abaixo dele. À Empreiteira caberá, com anuência da Fiscalização empregar todos os recursos da sondagem rotativa, tais como perfuração cuidadosa, manobras curtas, coroas e barriletes especiais, lama bentonítica, etc., de maneira assegurar a recuperação de todos os materiais atravessados. A seqüência de diâmetros a ser utilizada deverá ser estabelecida pela Fiscalização e somente poderá ser alterada mediante sua autorização, por comprovada necessidade técnica. Quando no avanço da sondagem rotativa ocorrer 0,5 m de material mole ou incoerente, deverá ser executado um ensaio de penetração SPT, seguido de outros a intervalos de 1,0 m até serem atingidas novamente, as condições do item 5.4. Tão logo o material volte a ser coerente a manobra de avanço deverá ser interrompida para retirada da amostra. O controle de profundidade do furo, com precisão de 1 (um) centímetro, deverá ser feito pela diferença entre o comprimento total das hastes com a peça de perfuração e a sobra das mesmas em relação a um nível de referência fixado junto à boca do furo. No caso da sondagem atingir o lençol d água a sua profundidade será anotada. Quando ocorrer artesianismo deve ser anotado a altura máxima de elevação d água no revestimento e a medida da vazão, com o respectivo nível dinâmico, quando o revestimento é seccionado. O nível d água ou as características do artesianismo deverão ser medidos todos os dias antes do início dos trabalhos e na manhã seguinte após a conclusão da sondagem. Salvo orientação em contrário, imediatamente após a última leitura de nível d água, ou término de furo seco, o mesmo deverá ser totalmente preenchido, deixando-se cravada ao seu lado uma estaca com a identificação da sondagem. Nos furos em sítios de barragens o preenchimento deverá ser feito com calda grossa de cimento, vertida no fundo do furo com auxílio de um tubo, que será levantado à medida que o furo for sendo preenchido. Nos demais furos o preenchimento será feito com solo, ao longo de toda sua profundidade. Texto extraído das Diretrizes Para Execução de Sondagens 2ª. Tentativa, ABGE Associação Brasileira de Geologia e Engenharia, Boletim 03 (1977) Questionário 1. Qual tipo de sondagem é o mais empregado em pavimentação, por quê? 2. Quais as principais finalidades da realização da sondagem de poços de inspeção? 3. O que caracteriza uma sondagem a percussão? 69

70 70 4. O que significa as siglas SPT? 5. Um resultado de SPT = 15 o que significa? 6. Um resultado de SPT = 47/10 o que significa? 7. Por que a sondagem a trado para pavimentação é conduzida até a profundidade de 1,5 m abaixo do greide? 8. Para ensaios geotécnicos de laboratório quais as características que a amostra de solo deve possuir e qual tipo de sondagem se obtêm esse material para análise? 9. Qual principal parâmetro se obtém com a sondagem SPT? 10. Qual o critério de parada para as sondagens: à trado e SPT? 11. Em que condição opta-se pela sondagem rotativa durante a realização de uma sondagem tipo SPT? 12. O que é trépano? 13. Quando se utiliza a sondagem rotativa? 70

71 71 AULA 6 - COMPACTAÇÃO DE SOLOS Podemos definir como compactação de solos o processo manual ou mecânico que visa reduzir o volume de vazios de ar. Com a redução do volume de vazios de ar o solo ganha resistência, se tornando menos deformável. Um dos grandes benefícios de se compactar solos empregados em camadas de pavimentos é o de uniformizar os deslocamentos, ocasionados pela ação do carregamento dos veículos, evitando-se assim, concentrações de tensões indesejáveis em determinadas camadas devido a deformações diferenciais acentuadas na estrutura do pavimento. O objetivo de se compactar um solo a ser empregado como uma determinada camada de pavimento e, primeiramente a de aumentar a resistência do solo a eventuais deformações, em segundo uniformizar a camada de forma a não sofrer deslocamentos diferenciais o que propiciaria danos a estrutura do pavimento, por fim, diminuir a permeabilidade do solo. Utiliza-se a compactação de solos na construção de aterros e da estrutura do pavimento propriamente dita. Com a compactação pode-se utilizar imediatamente o solo estruturalmente Segundo Vargas (1977), compactação é o processo no qual se comunica ao solo estabilidade, para tanto, ocorre o aumento da densidade aparente e, por conseguinte, aumento de resistência. Estabilidade se refere à permanência de certo nível de resistência independentemente das variações climáticas, de tal modo que a estrutura não sofra ruptura ou danos significativos. Porter em experiências no final da década de 1920 pôde constatar que ocorria uma redução nos poros do solo quando compactado, que, por conseguinte, um aumento no peso específico aparente. Observou que esse aumento de peso específico aparente ocorria com o aumento do teor de umidade e que após certo teor de umidade o peso específico máximo aparente passava a diminuir Curva de compactação Proctor Proctor (1933) desenvolveu o procedimento laboratorial de compactação, denominado de Ensaio de Proctor, que foi padronizado pela AASHO. O ensaio consiste em compactar o solo em três camadas em um cilindro de 1000 cm 3, com vinte e cinco golpes por camada de um soquete de massa de 5lbs, altura de queda de 1 pé = 30,5 cm e 2 de diâmetro. Nessas condições de compactação é denominada de energia normal (EN). Plotando-se as umidades de moldagem (w) e os respectivos pesos específicos aparentes secos ( s ) têm-se a curva de compactação. W P P w s s Onde: W = teor de umidade (%) P w = peso da água (massa da água) (N) P s = peso dos sólidos (N) s = massa específica aparente seca 7 (kn/m 3 ) V = volume total da amostra (m 3 ) P V s 7 Por vício de linguagem iremos, nesse curso, utilizar o termo densidade (forma verbal) para nos referirmos a massa específica aparente seca e se utilizará a unidade de g/cm 3. 71

72 72 Conforme a combinação dos tipos de moldes, cm 3 ou cm 3, tipo de soquete leve (5 lbs) ou pesado (10 lbs) e também quanto ao número de camadas e ao número de golpes por camada, temse outros dois níveis de energia: intermediária e modificada, (Figura 34). Alguns órgãos rodoviários especificam energias intercaladas entre a intermediária e a modificada, denominada de inter modificada. Nessa apostila essa energia não será abordada. Figura 34 - Curva de Compactação Note-se que a linha de máximas densidades, que passa pelos teores ótimos de umidade e pesos específicos aparentes máximos das curvas correspondentes as energias: normal, intermediária e modificada, de um mesmo solo, acompanha paralelamente as linhas de saturação de 100%, na condição de nunca tocá-la, desta forma podemos concluir que o solo no máximo, pode apresentar saturação de 100%. Através da curva de compactação extraem-se dois parâmetros: umidade ótima (w) e peso específico aparente seco máximo (kn/m 3 ). Nesse caso, a unidade difere-se da abordado no capítulo 3 índices físicos adota-se o peso específico aparente seco ao invés de massa específica aparente seca. Entretanto, é comum a utilização dessa última para expressar a grandeza física de massa pelo volume. As variáveis que caracterizam os tipos de energia estão apresentadas na Tabela 5. Energia de Compactação Tabela 5 - Energia de compactação e características dos moldes e soquetes Peso do soquete (kg) Altura de queda do soquete (cm) Número de camadas Número de Golpes Volume do molde (cm 3 ) Energia Kg cm/cm3 Normal 2,5 30, ,7 Intermediária 4,5 45, ,0 Modificada 4,5 45, ,0 Norma ABNT NBR 7182/86 e DNIT ME 129/94 Na última coluna da Tabela 5 é apresentada a energia expressa pela unidade kg*cm/cm3, energia que cada centímetro cúbico do corpo de prova recebe com a referida compactação. 72

73 Peso específico ap. seco (kn/m 3 ) 73 Estão apresentados na Figura 35 os moldes e os soquetes utilizados nos ensaio de compactação e mostrados na Tabela 05. Figura 35 - Equipamentos utilizados moldes e soquetes A curva de compactação possui dois ramos, denomina-se o ramo esquerdo da curva como ramo seco e o da direita como ramo úmido, (Figura 36) CURVA DE COMPACTACÁO RAMO SECO (-) RAMO ÚMIDO (+) Peso esp. ap. seco W ótima Teor de umiade (%) Figura 36 - Ramo seco e úmido da curva de compactação No ramo seco, segundo Lambe (1958), a concentração eletrolítica é elevada, o que propicia a predominância das forças atrativas, tipo forças de Van der Waals, nesse baixo teor de umidade o solo flocula quando compactado. Ao adicionar água a concentração eletrolítica diminui, permitindo a expansão da camada dupla de água, com o aumento das forças repulsivas e diminuição das atrativas. Assim, com o aumento do teor de umidade ocorre a redução da floculação do solo, permitindo, dessa forma, um melhor rearranjo das partículas e, por conseguinte, o aumento da densidade. O aumento da densidade associado ao aumento do teor de umidade, deve-se a lubrificação que melhora o deslizamento das partículas um em relação a outras a elas adjacentes, devido a formação da camada dupla de água, deslizamento este facilitado pelo aumento das forças repulsivas, embora preponderem ainda as forças atrativas. No ramo seco, a partir do teor ótimo de umidade (início do ramo úmido) as forças repulsivas começam a superar as atrativas, propiciando a formação de uma estrutura mais dispersa, com uma 73

74 74 maior orientação das partículas. O peso específico aparente seco diminui por que a água dilui a concentração das partículas de solo por unidade de volume, ou seja, começa a ter água em excesso de forma a substituir as partículas de solo por água. O aumento da energia tende a orientar as partículas, tornando as estruturas mais dispersas Saturação Conforme apresentado na Figura 34 temos as curvas de saturação S para 100% e 90%. Parâmetro considerado para avaliar o grau de saturação do volume de vazios. A curva de saturação é obtida a partir da determinação da massa específica aparente seca pela Equação s 1 w ( ) ( ) d S (14) Onde: s = massa específica aparente seca (g/cm 3 ) d = peso específico dos grãos (g/cm 3 ) w = umidade (%) S = grau de saturação (%) 6.3 Processos de compactação em laboratório Basicamente, em laboratório têm-se quatro tipos de compactação: impacto, vibração, pisoteamento (tamper) 8 e estático. A compactação por impacto consiste em aplicar golpes, normalmente por soquete em camadas de solo. O processo de densificação do solo por vibração utiliza uma placa vibratória que transmite ao solo energia de forma que ocorra um rearranjo das partículas do solo. Pisoteamento pode-se associar a um processo cujas características esta entre a forma estática e a de impacto, nesse processo, uma haste em série com uma mola helicoidal, que através da energia acumulada nessa mola propicia a densificação do solo sem que a haste desencoste da superfície do solo. Por fim, a compactação estática em que uma força aplicada em um disco comprime o solo estaticamente. No ramo seco, qualquer forma de densificação resulta em uma estrutura floculada, quanto ao ramo úmido quanto maior for a intensidade para a densificação do solo (deformações de cisalhamento), maior será a orientação entre as partículas. O processo por pisoteamento gera estrutura no solo mais dispersas que o processo por impacto. A compactação estática, para boa parcela de tipos de solo, pode ocasionar estrutura floculada mesmo no ramo úmido. Solo com estrutura floculada oferece menor resistência ao fluxo de água que solo com estrutura dispersa Compactação de campo 8 Tamper - processo de densificação do solo semelhante ao pisoteamento. Processo utilizado mais em laboratório. O solo é densificado por uma placa ou um pistão que pressiona o solo dentro de um molde a uma pressão constante. Em campo o termo tamper é mais aplicado para misturas asfálticas em que a mistura é esparramada pela vibroacabadora e na saída da mesa a mistura é pressionada de forma a adquirir um grau de compactação relativamente alto. Essa compactação é semelhante ao processo de pisoteamento (tamper). 74

75 75 Conforme (HOUAISS, 2009) define como: Frequência um processo periódico de número de ciclos completos que ocorrem por unidade de tempo transcorrido, cuja unidade para um segundo é o Hz, (Figura 37). Período como o intervalo de tempo ou espaço entre estados idênticos de um sistema físico cujas propriedades variam periodicamente. Ciclo como qualquer processo de evolução de um sistema físico que leve este a reproduzir o seu estado inicial e Amplitude sendo a metade do valor da diferença entre o maior e menor valor numérico de uma quantidade que varia de modo alternado durante o período de uma oscilação, (Figura 37). Frequencia e Amplitude amplitude tempo para um ciclo Figura 37 - Frequência e amplitude Dentre os diversos tipos de equipamentos destinados a compactação em campo, podem ser simplificadamente, classificados em três tipos: estático, impacto e vibração. Os rolos: estáticos de cilindro liso, de pneus e estáticos pés de carneiro trabalham na superfície do solo com pressões estáticas de diferentes magnitudes. A compactação por impacto proporciona uma força maior na superfície do solo que o processo estático, nesse processo o solo é golpeado de forma que uma compressão ou onda de pressão penetra no solo gerando pressões altas e em grandes profundidades. Os compactadores vibratórios trabalham com uma sucessão rápida de impactos contra a superfície do solo e cada impacto produz uma onda de pressão, nesse processo, as partículas do solo deslocam-se umas em relação às outras adjacentes de forma que vençam a fricção interna, ocasionada pelo ângulo e atrito, conduzindo a diminuição do volume de vazios de ar do solo. Controlam-se nesses tipos de rolos compactadores a frequência e amplitude do excêntrico do cilindro que proporciona o impacto desse sobre o solo. As tabelas de rendimento de rolos vibratórios estão associadas à frequência e amplitude e também a velocidade e ao tipo de solo em questão Equipamentos e processo de compactação a) Compressão ou pressão estática 75

76 76 Figura 38 - Rolos metálicos lisos de três rodas: Figura 39 - Rolos metálicos lisos em tandem:. Os rolos metálicos lisos de três rodas (Figura 38) são tipos de equipamentos que compactam o solo por compressão ou pressão estática, tem duas traseiras uma dianteira sendo essa a que possui maior massa. No mesmo processo de densificação do solo têm-se os rolos metálicos lisos em tandem (Figura 39), equipamentos com dois cilindros um dianteiro e outro traseiro de mesma largura, comumente o dianteiro de maior diâmetro e é denominado de pressão enquanto o traseiro é chamado de direcional. Figura 40 - Rolos pés-de-carneiro9: Figura 41 - Rolos liso rebocados Os rolos pés-de-carneiro podem ser encontrados na forma de unidades compostas de um ou mais rolos, acoplados e rebocáveis (Figura 40 e 42) ou ainda, na forma de rolos auto propelidos. Esse tipo de equipamento, devido às configurações das sapatas a camada de solo é melhor densificada que os tipos de rolos das figuras 38, 39 e 41, desde que os equipamentos apresentem a mesma massa. Da mesma forma aplica-se para os rolos lisos rebocados (Figura 41). Esses tipos rolos também compactam o solo por pressão estática. b) Amassamento 9 Rolo pé de carneiro recebeu esse nome devido ao processo de densificação do solo que se observam em vias de terra após a passagem de rebanho de caprinos. O local era pisoteado pela patas das cabras e após a passagem dessas o local apresentava elevadas densidades da camada mais profundas, dai o nome para esse tipo de compactador: pé-de-carneiro. 76

77 77 Figura 42 - Rolos pés de carneiro estático Figura 43 - Rolo de pneu estático. Os rolos de pneus estáticos (Figura 43) são muito utilizados para selagem da camada de forma a regularizar o acabamento da camada compactada. Nesse processo a parcela da camada mais densificada é a superior que recebe diretamente a ação da carga dos pneus c) Processo de impacto equipamentos manuais Embora sejam equipamentos de operação manual são utilizados em campo. Propiciam a compactação em locais em que os equipamentos de grande porte não tem acesso. Figura 44 - Placas de impacto Figura 45 - Soquetes de impacto (sapos mecânicos) As placas de impacto (Figura 44) compactam o solo com efeito de vibração que tem origem em um excêntrico acoplado a um motor à gasolina que transfere vibração para uma placa metálica que tem contato direto com o solo. Da mesma forma, um motor à gasolina proporciona uma oscilação (vibração), para o soquete de impacto, conhecido como sapo mecânico (Figura 45). Nesse último, ocorrem menor frequência e maior amplitude comparativamente à placa de impacto. d) Processos de vibração Os rolos vibratórios têm uma zona de influência muito superior aos demais tipos de equipamentos de compactação, razão pela qual, pode-se compactar camadas com espessuras maiores. 77

78 78 Figura 46 - Rolos pé de carneiro vibratório Figura 47 - Rolos metálicos lisos, vibratórios Rolos vibratórios pé-de-carneiro (Figura 46) são equipamentos de grande desempenho principalmente na densificação de materiais coesivos (silte e argila). A compactação se dá de baixo para cima e devido às dimensões das sapatas podem atingir energias de compactação na ordem de kpa a 3000 kpa, o que justifica o emprego desses tipos de equipamentos na compactação de solo finos em camadas de pavimento. Os rolos vibratórios lisos (Figura 47) são empregados para materiais granulares. A vibração, ou seja, a combinação da frequência e da amplitude, associado a massa e da velocidade do rolo, tem-se um ótimo rendimento na densificação de materiais granulares, pois, a vibração gerada acaba por ajudar a vencer o atrito gerado pela angulosidade dos agregados. Esses tipos de rolos também são utilizados para selagem (forma de planificar a superfície da camada de solo), para essa condição, normalmente, não se utiliza a vibração. Figura 48 - Rolo pneumático: Na Figura 48 é apresentado o rolo pneumático, esse equipamento apresenta bom desempenho para solos siltosos e areias finas, da mesma forma que ocorre para o rolo pé-de-carneiro, a compactação se dá de baixo para cima, pois com o recurso de se regular a pressão de inflagem dos pneumáticos altera-se a área de contato, dessa forma, pode-se atingir camadas inferiores devido a elevada pressão que se dispõe com esse tipo de equipamento. Conforme demonstra (MASSAD, 2003) na Tabela 6 a associação do tipo de equipamento aos parâmetros de controle, ao modo de compactação e ao tipo de solo. 78

79 79 Tipo de equipamento Tabela 6 - Tipo de equipamento associado ao tipo de material Solo Modo de compactar e (cm) Parâmetros dos equipamentos N V (km/h) Rolo pé-de-carneiro Argila ou silte De baixo para cima 20 a 25 8 a 10 4 Rolo pneumático Rolo vibratório Silte, areia com finos Material granular Pressão kpa ou kn a kpa De baixo para cima 30 a 40 4 a 6 4 a a 700 kpa Vibração 60 a a a 100 kn Cabe o esclarecimento que os tipos de solos associados aos tipos equipamentos (Tabela 6) devese, única e exclusivamente, ao fato de melhor rendimento do dado equipamento para o dado tipo de material. Nada impede de se utilizar um determinado equipamento para outro tipo de solo não indicado, único inconveniente provável é que a eficiência de densificação para alguns materiais pode ficar ser insuficiente. Cuidados especiais devem ser tomados quanto ao excesso de energia na compactação. A resistência de materiais finos está intimamente associada a coesão desses, o excesso de compactação para esses tipos de materiais acabam por romper a camada em forma de lâminas, denominadas camada lamelar. Esse processo diminui significativamente a resistência da camada, modificando a resistência equivalente da camada. Apresenta-se na Figura 49, folha de ensaio padrão para determinação do ensaio Proctor de compactação de laboratório com ensaio resolvido e na Figura 50 folha de ensaio para aula prática. Bibliografia VARGAS, M. Introdução À Mecânica dos Solos. São Paulo, Ed. McGraw-Hill, MASSAD, F. Obras de Terra Curso Básico de Geotecnia, Ed. Oficina de Textos, 2003 LAMBE, T.W. e WHITMAN, r.v., Mecánica de Suelos 1972 HOUAISS, Dicionário da Língua Portuguesa,

80 Peso Espec. Ap. Seco (kn/m3) 80 Ensaio de Compactação de Proctor - (Exercício) Identificação: Amostra 22 - Sertãozinho Dumont Descrição do solo: Argila arenosa de cor vermelha Interessado: Aluno: Energia: (X ) Normal ( ) Intermediário ( ) Intermediária Data: / / Determinação do Teor de Umidde Pontos cápsula nº Púm. + Tara (g) 99,20 84,80 122,17 146,08 137,02 150,66 143,14 135,36 179,18 136,83 Pseco + Tara (g) 92,37 78,81 108,18 130,32 120,82 129,14 122,81 114,82 147,32 113,45 Tara (g) 45,36 38,25 33,51 46,23 47,14 32,58 47,11 38,27 45,67 40,20 P seco (g) 47,01 40,56 74,67 84,09 73,68 96,56 75,70 76,55 101,65 73,25 P água (g) 6,83 5,99 13,99 15,76 16,20 21,52 20,33 20,54 31,86 23,38 Umidade (%) 14,5 14,8 18,7 18,7 22,0 22,3 26,9 26,8 31,3 31,9 Teor de um. Média (%) 14,6 18,7 22,1 26,8 31,6 Molde + solo úm (N) solos úmido (N) solo seco (N) P.esp.ap. Úmid. (kn/m3) P.esp.ap.Seco (kn/m3) Massa do molde ,42 14,32 Dados da Compactação 24130,00 N Volume do molde= 1000,57 cm ,32 18,08 18,28 17,44 14,59 14,80 14,41 13,25 CURVA DE COMPACTAÇAO 17,0 16,5 16,0 15,5 15,0 14,5 14,0 13,5 13,0 12,5 12,0 Curva de compactaçao Saturaçao = 100% Saturaçao = 80% Teor de umidade (%) Umidade ótima (%) 24,5% Peso esp. ap. Seco (g/cm3) Saturaçao (%) 15 kn/m3 S (aprox.) = 85% Saturaçao (S) Curvas de saturaçao de 100% e 80% s 1 ( d 1 w ) ( ) S adotar peso específico dos sólidos ( d)= 2,638 (g/cm3) d w (%) S(%) d w (%) S(%) 16,65 22, ,25 22, ,44 26, ,99 26, ,38 31, ,91 31,6 80 Figura 49 Ensaio de compactação Proctor - resolvido 80

81 81 Exercício 1 Figura 50 - Folha de ensaio de compactação de aula prática 81

82 Massa espec. ap. seca (g/cm3) 82 Aluno: n. matr.: / / Ensaio de Compactação de Proctor Identificação: Descrição do solo: Interessado: Energia: ( ) Normal ( ) Intermediário ( ) Intermediária Data: Dados do molde Massa do molde g Volume do molde= cm3 Pontos cápsula nº P. solo úm. + Tara (g) P. solo seco + Tara (g) Peso da Tara (g) P solo seco (g) P água (g) Umidade (%) Teor de Umidade Molde + solo úm (g) solos úmido (g) solo seco (g) Massa esp.ap.úmid. (g/cm3) Massa esp.ap.seca (g/cm3) Dados da Compactação Curva de Compactação Teor de Umidade (%) Umidade ótima: % Massa esp. Ap. seca g/cm3 Grau de Saturação na w% % SATURAÇÃO s = 1 / (1/d + h/s) Onde: s: Massa específica ap. seca d Peso específico do grão do solo = ( g/cm3) h Umidade S Saturação 82

83 Massa espec. ap. seca (g/cm3) 83 Aluno: n. matr.: / / Ensaio de Compactação de Proctor Identificação: Descrição do solo: Interessado: Energia: ( ) Normal ( ) Intermediário ( ) Intermediária Data: Dados do molde Massa do molde g Volume do molde= cm3 Pontos cápsula nº P. solo úm. + Tara (g) P. solo seco + Tara (g) Peso da Tara (g) P solo seco (g) P água (g) Umidade (%) Teor de Umidade Molde + solo úm (g) solos úmido (g) solo seco (g) Massa esp.ap.úmid. (g/cm3) Massa esp.ap.seca (g/cm3) Dados da Compactação Curva de Compactação Teor de Umidade (%) Umidade ótima: % Massa esp. Ap. seca g/cm3 Grau de Saturação na w% % SATURAÇÃO s = 1 / (1/d + h/s) Onde: s: Massa específica ap. seca d Peso específico do grão do solo = ( g/cm3) h Umidade S Saturação 83

84 84 Aula 07 RESISTÊNCIA DE SOLOS 7.1 Introdução Diversos são os ensaios utilizados para a determinação da resistência de solos. Podem-se dividir esses ensaios em dois grupos: ensaios em amostras indeformadas e ensaios amostras deformadas. Na Figura 51 estão apresentados os ensaios mais comuns, normalmente utilizados, de cada grupo. ENSAIOS DE RESISTÊNCIA DE SOLOS AMOSTRAS INDEFORMADAS AMOSTRAS DEFORMADAS Tipos de ensaios empregados em geotecnica: compressão axial, cisalhamento, triaxial estático, etc. Compressão simples Resistência à tração por compressão diametral CBR Módulo de resiliência Figura 51 - Ensaios de resistência em solos Em pavimentação os solos, basicamente, são utilizados na condição de deformados, raramente nos deparamos com ensaio em amostras indeformadas, assim os ensaios apresentados na Figura 51 destinados à pavimentação são: compressão simples, resistência à tração por compressão diametral, CBR em português conhecido por índice de suporte Califórnia ISC e módulo de resiliência MR, serão os ensaios abordados nesse curso. Os ensaios de compressão simples e resistência à tração por compressão diametral tem uma aplicação direcionada à solos estabilizados com cimento, cal ou outro tipo de aglomerante que propicia ao solo o aumento da rigidez do material. O solo-cimento, por exemplo, com adição de 10% de cimento propicia uma rigidez ao solo tão grande que o ensaio de CBR não tem sentido físico, o mesmo raciocínio pode-se verificar para solo melhorado com cimento, nesse caso, o teor deve ser inferior a 5%. Outro fato que justifica o emprego desses ensaios é que uma camada cimentada em um pavimento, por exemplo, parte dela pode estar trabalhando a compressão e parte à tração, logo é justificável o uso dos ensaios de compressão simples e resistência à tração por compressão diametral respectivamente Ensaios Concluído os serviços de reconhecimento, identificação de campo, classificação e compactação do solo, procede-se a determinação da resistência que o solo oferece quando compactado, essa resistência, comumente, é objeto de projeto da estrutura do pavimento Compressão Simples O ensaio de compressão simples consiste em submeter um corpo-de-prova cilíndrico a um carregamento axial até a ruptura do mesmo. Esse ensaio é utilizado para determinar a resistência à 84

85 Tensao (s) 85 compressão simples do concreto, conforme norma ABNT NBR 5739 Concreto Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Nessa, entre outras recomendações, está especificado a velocidade de carregamento que propicie um incremento de carga de 0,45 ± 0,15 MPa. Como se trata de um material que possui elevada rigidez, o ensaio de compressão simples é por controle de carga. Os materiais empregados em pavimentação, normalmente, apresentam elevada deformação quando submetidos a uma determinada carga, se comparados com concreto, mesmo um solo-cimento ou uma brita graduada tratada com cimento - BGTC. Assim, devido à baixa rigidez desses tipos de materiais o ensaio de ruptura se dá por controle de deslocamento (deformação) e não por controle de carga, como anteriormente considerado para o concreto. A velocidade de carregamento no ensaio é relativamente baixa na ordem de 1,0 mm/min. TIPOS DE MATERIAIS QUANTO A RIGIDEZ B A Deformaçao (e) Figura 52 - Rigidez de materiais Mostram-se na Figura 52 dois tipos de materiais A e B. Observe-se que o material B possui maior valor de módulo de rigidez (s/e) que o material A. Para o material tipo B, é comum, em ensaios de resistência controlar a tensão e medir o deslocamento, assim, temos um ensaio com tensão controlada. Já o material tipo A é conveniente que no ensaio de compressão simples, controle-se o deslocamento (deformação) e monitore-se a carga (tensão). A relação entre a altura (h) e diâmetro (d) do corpo-de-prova, recomendado para a realização do ensaio de compressão simples é de 2:1, conforme preconiza a norma ABNT NBR 5739, entretanto, pode-se determinar a resistência a compressão simples de corpos-de-prova com relação diferentes, nessas condições recomenda-se que se corrija os resultados conforme Tabela 7, multiplicando-se o resultado pelo Fc. Tabela 7 - Fator de correção para 1,0 h/d 2,0 h/d Fc 2,00 1,00 1,75 0,98 1,50 0,96 1,25 0,93 1,00 0,87 Devido às condições de contorno, o diâmetro do corpo-de-prova deve estar relacionado ao diâmetro nominal máximo dos grãos constituintes do solo. A resistência à compressão simples do solo é dada pela Equação 15: CS = P / A (15) 85

86 86 Onde: CS = compressão simples (MPa) P = carga de ruptura (N) - A = área (mm 2 ) 86

87 Resistência à Tração por Compressão Diametral (RT) Conhecido como ensaio brasileiro, desenvolvido por Lobo Carneiro, surgiu durante a abertura da Avenida Presidente Vargas, na cidade do Rio de Janeiro, em 1943, da necessidade de mover uma igreja de local, conforme notas de aula do prof. Eduardo C. S. Thomaz ( A igreja de São Pedro era uma igreja muito antiga, construída em 1732, situava-se bem no centro da futura avenida. A solução imaginada, na época, foi deslocá-la para o lado, usando rolos de concreto com 60 cm de diâmetro. O prof. Lobo Carneiro precisava saber se os rolos suportariam a carga a que seriam submetidos, assim, os rolos foram colocado em um prensa da mesma forma que seriam solicitados em serviço e, eles quebraram de uma maneira inteiramente diferente dos de aço: por uma fissura vertical, abrindo-se em dois blocos. O esquema do esforço solicitante e a as distribuições de tensão no corpo-de-prova estão apresentados nas Figuras 53 e 54. Figura 53 - Corpo-de-prova solicitado por forças opostas de igual valor por dois frisos. Figura 54 - Compressão diametral - distribuição das tensões de tração e compressão nos eixos horizontais e verticais respectivamente. O maior valor de tensão de compressão 10 corpo-de-prova e é dada pela Equação 16: ao longo do plano horizontal ocorre no centro do s c = 6P/ dh (16) Onde: s c = resistência à compressão diametral (MPa) P = força aplicada para ruptura (N) d = diâmetro do corpo-de-prova (mm) r = raio do corpo-de-prova (mm) e o maior valor de tensão de tração ao longo do eixo vertical se dá também no centro do corpode-prova é dada pela Equação 17: s t = 2P/ dh. (17) Onde: st = resistência à tração por compressão diametral (MPa) 10 Por convenção, compressão tem sinal negativo e tração sinal positivo. 87

88 88 Para dados de projeto o ensaio de tração em camadas cimentadas é obtido através do ensaio de viga à flexão, normatizado para concreto. O ensaio de resistência à tração por compressão diametral, normalmente é empregado como ensaio de controle 11. Na Instrução de Projeto de Pavimentação - DER-SP - IP-DE-P00/001 especifica, por exemplo, que, na camada de base ou sub-base de brita graduada tratada com cimento, ocorre a fadiga de forma idêntica à da camada de solo-cimento. As deformações horizontais de tração, εt, ou tensões horizontais de tração, σt, na fibra inferior da camada cimentada, causadas pelos carregamentos na superfície dos pavimentos, podem causar sua ruptura por fadiga se forem excessivas. Logo, para a análise mecanicista recomenda-se a equação de fadiga quanto à flexão de misturas de brita graduada tratada com cimento ensaiada in situ com o Heavy Vehicle Simulator desenvolvida na África do Sul. N: número equivalente de operações de eixo simples padrão de rodas duplas de 80 kn na tensão máxima de tração sob a camada cimentada, σt, requerido para se iniciar a primeira trinca por fadiga, Equação 18. st 7,19* 1 8* sr N 10 (18) Onde: σt: tensão de tração atuante (kgf/cm2); σr: tensão de tração na ruptura do material (kgf/cm2). Exemplo Determine o número N para uma dada camada cimentada com s r = 2,5 kgf/cm2 e com uma s t = 0,019 kgf/cm2: 0,019 7,19* 1 8*2,5 N 10 N = 1,5*10 7 solicitações Exercício Determine o número N para uma dada camada cimentada com s r = 2,1 kgf/cm 2 e com uma s t = 0,086 kgf/cm 2 : 11 Associado ao ensaio de resistência à tração por compressão diametral para solo-cimento com finalidade de emprego em base de pavimento, o órgão DER-SP especifica que concomitante a esse ensaio a mistura de solo-cimento deve apresentar resistência a compressão simples superior a 2,1 MPa. 88

89 CBR California Bearing Ratio Índice de Suporte Califórnia ISC Conforme relatos de Porter (1950), no Departamento de Estradas de Rodagem da Califórnia, no final da década de 20, realizaram uma série de observações em campo sobre a forma de ruptura das rodovias daquele estado. Foi observado que a forma de ruptura mais comum era decorrente dos deslocamentos laterais do solo do subleito, que ao absorver água, perdia capacidade de suporte, provocando essa ruptura. Observou-se também que a baixa energia de compactação, normalmente utilizada para os materiais do subleito, tinha também uma parcela de contribuição para as deformações permanentes diferenciais e também constataram que a ruptura advinha dos excessivos deslocamentos verticais recuperáveis dos materiais, causados por repetição de cargas. Segundo Porter (1950), a espessura insuficiente do revestimento e a existência de material granular sobre um subleito de baixa capacidade de suporte (tanto pela natureza do solo como pela falta de compactação) são responsáveis pela ruptura à fadiga dos pavimentos. Com base nessas observações em campo, em 1929, foi desenvolvido o ensaio Califórnia Bearing Ratio CBR para determinar a resistência do material ao deslocamento lateral, tipo de ruptura mais frequente nas rodovias da Califórnia, medindo a influência combinada da coesão e do ângulo de atrito, Porter (1950). O ensaio CBR proporcionou uma forma rápida de prever problemas e rupturas, comparando a qualidade dos diferentes materiais disponíveis. O valor do CBR foi correlacionado empiricamente com o desempenho dos pavimentos, tendo sido utilizado como um índice de resistência para o projeto de dimensionamento de pavimentos pela Divisão de Rodovias da Califórnia dos EUA. Este método serviu como referencial para o desenvolvimento do método de dimensionamento de pavimentos do Corpo de Engenheiros do EUA - USACE. Com o ensaio de CBR, foram caracterizados os materiais granulares de base dos pavimentos californianos. Foram selecionados os melhores materiais granulares e a média de resistência à penetração no ensaio CBR foi estabelecida como sendo o valor de referência ou 100%. A partir daí, todos os materiais são referenciados por um valor em porcentagem, representando o quão melhor ou pior é sua resistência no ensaio CBR por comparação com aqueles materiais granulares de referência. Assim, pôde-se encontrar valores bem baixos, da ordem de unidade e valores acima de 100% O Ensaio O ensaio é normatizado pela ABNT-NBR 9895 Solo Índice de Suporte Califórnia. Trata-se de um ensaio concebido para avaliar a resistência ou capacidade de suporte de materiais de camadas de pavimentos e subleitos. É um ensaio penetrométrico, onde um pistão cilíndrico de 2 de diâmetro penetra a amostra a uma velocidade de 0,05 /min. (1,27 mm/min.), a amostra é devidamente compactada em molde metálico de 6 de diâmetro com volume útil de 2000cm 3. Como é um ensaio que indica a resistência que uma determinada amostra de solo tem, realiza-se esse ensaio somente na condição em que o solo será utilizado em serviço. Assim, normalmente realiza-se o ensaio de ISC (CBR) no teor ótimo de umidade (%) e no respectivo peso específico aparente seco máximo (g/cm 3 ) moldando-se somente um corpo-de-prova. Nessas condições de ensaio é necessário que se faça primeiramente o ensaio de compactação Proctor do solo para indicação desses parâmetros. É comum também, como prática laboratorial, a realização do ensaio de compactação denominado de ensaio Proctor conjugado, no mesmo ensaio de compactação de onde se obtém o teor ótimo de 89

90 90 umidade e o peso específico aparente seco máximo, os corpos-de-prova são submetidos ao ensaio de ISC. Nesse tipo de ensaio além da curva de compactação como resultado também temos uma curva de ISC x umidade, uma vez que os cinco pontos (5 corpos-de-prova) são submetidos ao ensaio de resistência. O ensaio de resistência ISC fornece dois resultados: o valor de ISC (CBR) e como o corpo-deprova é submetido a imersão, mede-se a variação do volume da amostra e determina-se a expansão, expressa em %. A seguir serão descritos sucintamente os procedimentos para a realização do ensaio Moldagem do Corpo-de-prova Coloca-se o disco espaçador (Figura 57) dentro do conjunto de molde cilíndrico (Figura 55). Sem o colar do conjunto tem-se o molde propriamente dito, o volume interno do cilindro com o disco espaçador é de cm 3. Figura 55 - Molde cilíndrico Figura 56 - Soquete tipo grande Figura 57 - Disco espaçador Figura 58 - Régua biselada. O solo previamente preparado conforme norma de preparo de amostra ABNT NBR-6457 Amostras de solo - Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização (aula 2). Pesar 1/5 da quantidade de material destinado ao ensaio de compactação, colocar uma em uma bandeja metálica e adicionar quantidade de água suficiente para que a amostra atinja o teor de umidade obtido no ensaio de compactação (ensaio previamente realizado) e mistura-se vigorosamente a amostra. 90

91 91 Recomenda-se que a amostra úmida permaneça dentro de um saco plástico por um período de 24 h para homogeneização da amostra. Após a homogeneização, revolve-se a amostra e molda-se o corpo-de-prova com número de golpes, soquete (Figura 56) e camadas conforme Tabela 08, na umidade ótima correspondente ao ensaio de Proctor. Energia de Compactação Tabela 8 - Energia de compactação e características dos moldes e soquetes Peso do soquete (kg) Altura de queda do soquete (cm) Número de camadas Número de Golpes Volume do molde (cm 3 ) Normal 4,5 45, Intermediária 4,5 45, Modificada 4,5 45, Após o término da compactação remove-se o colar do cilindro e a altura sobressalente de solo deve estar entre 0,5cm e 1,0cm. Com a régua biselada (Figura 58), rasa-se o excesso do corpo-deprova, e retira-se o cilindro + solo úmido compactado da base. Pesa-se o conjunto cilindro + solo úmido compactado. Conhecendo-se o peso do cilindro obtém-se a massa de solo úmido, que dividido pelo volume do molde tem-se o peso específico aparente úmido. No processo de compactação determina-se a média do teor de umidade do solo de duas cápsulas. E por fim determina-se o peso específico aparente seco Expansão Após o término da compactação o corpo-de-prova é preparado para o ensaio de imersão, onde o corpo-de-prova ficará imerso por um período de 96 horas. O molde + solo úmido compactado e fixado na base de maneira que o solo fique em contato com a base. No espaço deixado pelo disco espaçador, sobre o solo, é colocado um disco de papel filtro, a base perfurada apresentada na Figura 60 e os pesos anelares 12 conforme Figura 59 é colocado o tripé com extensômetro (Figura 61), para o registro da expansão na borda do colar (Figura 62). Em seguida esse conjunto é colocado no tanque de maneira que o nível d água cubra toda a amostra. Efetuam-se leituras no extensômetro antes de adicionar água, 24hs, 48hs, 72hs e 96hs. Caso observe-se a estabilização das leituras pode-se interromper o ensaio antes de se atingir as 96h. 12 A massa dos pesos anelares estão associados a espessura da camada do pavimento sobre o solo ensaiado em questão 91

92 92 Figura 60 - Prato perfurado Figura 59 - Peso anelar Figura 61 - Tripé do extensômetro Figura 62 - Conjunto + tripé de expansão A expansão E é obtida pela Equação 19 abaixo: E Lf Li *100 H (19) Onde: Lf = Leitura final (mm) Li = leitura inicial (mm) H = Altura do corpo-de-prova (mm) Ruptura ISC Terminado o período de imersão retira-se o conjunto do tanque, remove-se o prato perfurado e os pesos anelares e deixa-se por 15 minutos o molde deitado para escorrimento da água em excesso. Transfere-se para prensa, ajusta-se o pistão de penetração de maneira a tocar levemente o centro da superfície do corpo-de-prova, colocam-se sobre o corpo-de-prova os pesos anelares bi-partidos de mesma massa utilizados na etapa de imersão. 92

93 Pressão (kgf/cm2) 93 Figura 63 - Prensa de ISC elétrica. Acionar a prensa (manual ou elétrica) de forma a penetrar a amostra com o pistão de penetração a uma velocidade de 1,27mm/min. A prensa elétrica (Figura 63) é munida de uma célula de carga que possibilita através de uma leitora indicar a carga correspondente às penetrações: 0,63, 1,27, 1,90, 2,54, 3,81, 5.08, 7,62, 10,16 e 12,70 mm penetrados. Para a obtenção das pressões de penetração divide-se a carga pela área de contado do pistão = 20,3 cm 2. Para a velocidade de 1,27 mm/min. de penetração tem-se uma duração de ensaio de 10 minutos. Traçar um gráfico de pressão nas ordenadas e penetração nas abscissas conforme modelo mostrado na Figura 64. Penetração do ISC ,54; 39,3 5,08; 54, Penetração (mm) Figura 64 - Gráfico da Penetração do ensaio de ISC. Conforme mencionado no item o valor de ISC é expresso em % e, é relativo à pressão padrão obtido no ensaio penetrométrico com a brita correspondente às penetrações de 0,1 (2,54mm) e 0,2 (5,08mm). 93

94 94 As pressões padrões correspondentes as penetração de 2,54mm e 5,08mm estão apresentadas na Tabela 9. Tabela 9 - Pressões padrão para o ensaio de ISC Penetração (mm) Pressão Padrão (kgf/cm 2 ) 2, , Para a determinação do ISC da Figura 64 procedimento apresentado na Tabela 10 para os valores de pressão do gráfico da Figura 35 temos: Penetração (mm) Tabela 10 Procedimento de determinação do ISC Pressão Padrão (kgf/cm2) Pressão no ensaio (kgf/cm2) ISC (%) 2, ,3 56 5, ,6 52 O valor adotado é á média entre os dois valores obtidos = 54%. 94

95 Pressão (kgf/cm2) 95 Exercício resolvido ENSAIO DE ISC - ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA - Ex. para P2 Teor de umidade (%) Penetração do ISC Cápsula nº Tempo Pentração Carga Pressão P. solo úm. + Tara (g) 114,38 108,89 (min) (mm) kgf kgf/cm2 P. solo seco + Tara (g) 105,85 100,74 0,5 0, ,6 Peso da Tara (g) 25,89 24,71 1,0 1, ,9 P solo seco (g) 79,96 76,03 1,5 1, ,1 P água (g) 8,53 8,15 2,0 2, ,3 Umidade (%) 10,7 10,7 2,5 3, ,8 Média umidade (w%) 10,7 3,0 3, ,0 3,5 4, ,8 Dados da Compactação 4,0 5, ,4 Massa do molde = 4805 g Volume do molde = 2003,7 cm3 5,0 6, ,4 Molde + solo úmido (g) ,0 7, ,1 solo úmido (g) ,0 8, ,5 solo seco (g) ,0 10, ,9 Massa esp.ap.úmid. (g/cm3) 2,18 9,0 11, ,3 Massa esp.ap.seca (g/cm3) 1,97 10,0 12, ,7 GRÁFICO DO ISC - ÍNDICE SUPORTE CALIFÓRNIA ,27 2,54 3,81 5,08 6,35 7,62 8,89 10,16 11,43 12,7 13,97 Penetrração (mm) CÁLCULO DO VALOR DO ISC - ÍNDICE SUPORTE CALIFÓRNIA Penetração (mm) 2,54 5,08 Pressão Pressão ISC (no ensaio) padrão Individual Média (kgf/cm2) (kgf/cm2) % % 22, , Exp = (Lf-Li)/H*100 Expansão Li - L inicial Lf - L final H - Altura do cp Expansão = 1,00 mm 1,48 mm 113,4 mm 0,42 % 95

96 Pressão (kgf/cm2) 96 Exercíco 1 ENSAIO DE ISC - ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA Massa de solo para moldadem do corpo-de-prova de ISC Pu = 5.500,0 g e w nat. = 2,8% Deteminar a quantidade de água necessária para que a porção de solo destinado a moldagem do corpos-de-prova de ISC atinja o teor ótimo obtido no ensaio de Proctor (anexo) Massa de água adicionada: Teor de umidade (%) Penetração do ISC Cápsula nº Tempo Pentração Carga Pressão P. solo úm. + Tara (g) 114,38 108,89 (min) (mm) kgf kgf/cm2 P. solo seco + Tara (g) 105,85 100,74 0,5 0,63 51 Peso da Tara (g) 25,89 24,71 1,0 1,27 77 P solo seco (g) 1,5 1,9 140 P água (g) 2,0 2, Umidade (%) 2,5 3, Média umidade (w%) 3,0 3, ,5 4, Dados da Compactação 4,0 5, Massa do molde = 4805 g Volume do molde = 2003,7 cm3 5,0 6, Molde + solo úmido (g) ,0 7, solo úmido (g) 7,0 8, solo seco (g) 8,0 10, Massa esp.ap.úmid. (g/cm3) 9,0 11, Massa esp.ap.seca (g/cm3) 10,0 12,7 758 GRÁFICO DO ISC - ÍNDICE SUPORTE CALIFÓRNIA 0 1,27 2,54 3,81 5,08 6,35 7,62 8,89 10,16 11,43 12,7 13,97 Penetrração (mm) CÁLCULO DO VALOR DO ISC - ÍNDICE SUPORTE CALIFÓRNIA Penetração (mm) 2,54 5,08 Pressão Pressão ISC (no ensaio) padrão Individual Média (kgf/cm2) (kgf/cm2) % % Exp = (Lf-Li)/H*100 Expansão Li - L inicial Lf - L final H - Altura do cp Expansão = 1,00 mm 1,48 mm 113,4 mm % 96

97 Pressão (kgf/cm2) 97 Folha de ensaio ENSAIO DE ISC - ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA Massa de solo para moldadem do corpo-de-prova de ISC Pu = g e w nat. = % Deteminar a quantidade de água necessária para que a porção de solo destinado a moldagem do corpos-de-prova de ISC atinja o teor ótimo obtido no ensaio de Proctor (anexo) Peso de água adicionada: Teor de umidade (%) Penetração do ISC Cápsula nº Tempo Pentração Carga Pressão Pu + Tara (g) (min) (mm) kgf kgf/cm2 Ps + Tara (g) 0,5 0,63 51 Peso da Tara (g) 1,0 1,27 77 Ps (g) 1,5 1,9 140 Pw (g) 2,0 2, Umidade (%) 2,5 3, Média umidade (w%) 3,0 3, ,5 4, Dados da Compactação 4,0 5, Peso do molde = (N) Volume do molde = cm3 5,0 6, Molde + Pu (g) 6,0 7, Pu (g) 7,0 8, Ps (g) 8,0 10, P. esp.ap.úmid. (kn/m3) 9,0 11, P. esp.ap.seco(kn/m3) 10,0 12,7 758 GRÁFICO DO ISC - ÍNDICE SUPORTE CALIFÓRNIA 0 1,27 2,54 3,81 5,08 6,35 7,62 8,89 10,16 11,43 12,7 13,97 Penetrração (mm) CÁLCULO DO VALOR DO ISC - ÍNDICE SUPORTE CALIFÓRNIA Penetração (mm) 2,54 5,08 Pressão Pressão ISC (no ensaio) padrão Individual Média (kgf/cm2) (kgf/cm2) % % Exp = (Lf-Li)/H*100 Expansão Li - L inicial Lf - L final H - Altura do cp Expansão = 1,00 mm 1,48 mm 113,4 mm % 97

98 Módulo de Resiliência Módulo de Elasticidade Esta relacionado com a rigidez do material. Conforme Wikipédia, módulo de elasticidade, também denominado de módulo de Young é um parâmetro mecânico que proporciona uma medida da rigidez de um material sólido. Obtém-se da razão entre a tensão (ou pressão) exercida e a deformação unitária sofrida pelo material, Equação 20. E F Tensao A Deformaçao x l Fl Ax (20) onde (em unidades do SI): E é o módulo de Young, medido em pascal. F é a força medida em Newton. A é a secção através da qual é exercida a tensão, e mede-se em metros quadrados. x é a extensão, o incremento na longitude, medido em metros. l é o comprimento natural medido em metros. Para a maioria dos metais, este módulo varia entre 45 GPa, para o magnésio, até 407 GPa, para o tungstênio. Os polímeros geralmente possuem módulo de elasticidade bem mais baixos, variando entre 0,007 GPa e 4 GPa. A diferença na magnitude do módulo de elasticidade dos metais, cerâmicas e polímeros é consequência dos diferentes tipos de ligação atômica existentes nestes três tipos de materiais. Além disso, com o aumento da temperatura, o módulo de elasticidade diminui para praticamente todos os materiais, com exceção de alguns elastômeros Módulo de Resiliência Segundo a definição do Aurélio, resiliência é a propriedade na qual a energia armazenada em um corpo deformado é devolvida quando cessa a tensão causadora da deformação elástica. Dois fatores contribuíram para o emprego da terminologia módulo de resiliência para designar as características de rigidez de materiais empregados em pavimentação: Carga repetidas (cíclica) a que as estruturas do pavimento estão submetidas. Os materiais comumente empregados em pavimentação apresentam grandes deslocamentos quando submetidos a uma dada tensão se comparados com os demais materiais de outras estruturas. 98

99 99 O ensaio de módulo de resiliência é realizado em laboratório em corpos-de-prova com dimensões de 15 cm x 30 cm e comumente em corpos-de-prova de 10 cm x 20 cm Figura 65. Utiliza-se no ensaio câmara triaxial, com aplicação de cargas repetidas Figura 66. Figura 65 - corpo-de-prova 10 cm x 20 cm. Figura 66 - Câmara triaxial Apresentam-se na Figura 67 o esquema de aplicação das tensões e na Figura 68 o deslocamento plástico acumulado no corpo-de-prova durante o ensaio de módulo de resiliência. Figura 67 - esquema de aplicação de tensões nos carregamentos Figura 68 - Deslocamentos ocasionados pela ação das tensões Onde sd = tensão desvio variável (kn/m 2 ) s1 = tensão principal maior (kn/m 2 )l s3 = tensão principal menor (kn/m 2 ) Através da Lei de Hooke Generalizada apresentada na Figura 69, pode-se obter os deslocamentos que ocorrem em estruturas, conhecendo-se o coeficiente de Poisson ( ), as tensões principais maior e menor e o Módulo de Elasticidade. No ensaio de módulo de resiliência submete-se o corpo-de-prova de solo a um sistema de carregamento onde se conhece as tensões principais e também o coeficiente de Poisson, logo, obtém-se o módulo de resiliência. 99

100 100 Figura 69 - Lei de Hooke Generalizada A principal variação entre os diversos tipos de materiais normalmente empregados em pavimentos está no comportamento mecânico desses materiais quando submetidos a solicitações do tráfego, essa variação pode ser constatada nos valores de módulo de resiliência em função das tensões. Para materiais cimentados o valor do módulo de resiliência não depende da variação das tensões; tende a ser constante, (Figura 70). Figura 70 - Módulo de resiliência constante para materiais cimentados Materiais granulares o módulo de resiliência depende principalmente da variação da tensão de confinamento, (Figura 71). Figura 71 - Módulo de resiliência de materiais granulares Solos coesivos apresentam valores de módulo de resiliência dependente principalmente da variação da tensão-desvio, o esquema ilustrativo dessa variação pode ser observado na Figura

101 101 Figura 72 - Esquema da variação do módulo de resiliência de solos coesivos Para materiais granulares e coesivos, materiais bastante empregados em camadas de pavimento, o valor do módulo de resiliência depende da variação da tensão-desvio e do confinamento, pelo fato do módulo de resiliência variar em função de duas tensões a forma de apresentação é combinada. Mostrase na Figura 73 a forma usual de apresentação dos resultados. Figura 73 - Representação do módulo de resiliência para solos granulares coesivos Tem-se ainda a determinação do valor do módulo de resiliência denominado de modelo composto proposto por Macêdo (1996), Equação 21. MR = k 1. s 3 k2. s d k3 (21) Onde : K 1, K 2 e K 3 são parâmetro extraídos do ensaio, Figura 44 A tendência atual para representação gráfica dos ensaios de módulo de resiliência para materiais granulares coesivos e com emprego de gráficos lox x log, sendo para materiais mais arenosos o módulo de resiliência em função do s3 e para materiais mais argilosos em função de sd, (Figura 74). Figura 74 - Esquema log x log para materiais granulares coesivos 101

102 102 Medina (1997) comenta que o estado de tensões em meio elástico varia com a posição da carga móvel. Quando o carregamento vertical se situa acima do elemento de solo ou de camada de pavimento, tem-se o estado de tensões principais, vertical (s1) e horizontal (s3). O ensaio de laboratório é feito rotineiramente com tensão vertical variável e confinante constante. Figura 75 - Variações de tensões causadas por uma carga móvel Pinto (2002) É apresentado na Figura 75 esquematicamente esse tipo de abordagem, onde as tensões cisalhantes são nulas para a condição de carga acima do ponto considerado e, as variações de tensões causadas pela ação de uma carga móvel. Observe-se que, para o elemento II a ação causada pelas rodas das posições 1 e 2 são menos intensa que a ação da roda na posição 2. Isso pode ser verificado tanto pelas tensões verticais como horizontais O módulo de resiliência é definido no ensaio triaxial de cargas repetidas, pela Equação 22 e 23 Mr sd er (22) Dh r H e (23) Onde: Mr = módulo de resiliência (MPa) sd = tensão desvio aplicada repetidamente (N) er = deformação específica resiliente Dh = deformação resiliente recuperável (mm) H = altura inicial do corpo-de-prova (mm). Apresentam-se nas Figuras 76 e 77 folha de ensaio de módulo de resiliência de um solo de características arenosas e o gráfico da tensão de confinamento em função do módulo de resiliência respectivamente. 102

103 Ensaio modelo de módulo de resiliência de amostra de solo FOLHA DE ENSAIO Codificação s3 s3/sd Carga LVDT-A LVDT-B e sd MR Composição do gráfico Adotado aplicado 0, ,0222 0,0297 1,3E-04 0,21 0, , , ,0363 0,0285 1,6E-04 0,42 0, , , ,0645 0,0452 2,7E-04 0,63 0, , , ,0280 0,0262 1,4E-04 0,35 0, , , ,0761 0,0534 3,2E-04 0,70 0, , , ,1347 0,0915 5,7E-04 1,05 1, , , ,0457 0,0357 2,0E-04 0,52 0, , ,1242 0,0880 5,3E-04 1,05 1, , , ,2155 0,1521 9,2E-04 0,57 1, , , ,0656 0,0463 2,8E-04 0,70 0, , , ,1697 0,1140 7,1E-04 1,40 1, , , ,2846 0,2044 1,2E-03 2,10 2, , , ,0937 0,0653 4,0E-04 1,05 1, , , ,2331 0,1580 9,8E-04 2,10 2, , ,3386 0,2531 1,5E-03 3,15 3, , , ,1219 0,0749 4,9E-04 1,40 1, , , ,2566 0,1782 1,1E-03 2,80 2, , , ,4428 0,3457 2,0E-03 4,20 4, , , , Figura 76 - Folha de ensaio de módulo de resiliência de um solo arenoso 103

104 Figura 77 - Gráfico do ensaio de módulo de resiliência 104

105 AULA 08 LIMITES DE ATTERBERG Apostila do Prof. Faiçal Massad - Escola Politécnica da USP 105

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109 AULA 09 CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS TRB Classificação Transportation Research Board - TRB de Solos Classificação de solos que data da década de 1920 idealizada Bureau of Public Roads - BPR denominada de - Highway Research Board - HRB que após a 2 a Guerra Mundial sofreu alterações quando foi normalizada pela American Association of State Highway Officials - AASHTO, que perduram até nossos dias. É um sistema de classificação de solos de aplicação rodoviária baseado nos limites de Atterberg e na granulometria. Publicada nos anais da HRB em 1945, uma nova versão da classificação propôs a subdivisão de alguns dos grupos da classificação original e introduziu o conceito de Índice de Grupo - IG, número inteiro que fornecia subsídios para o dimensionamento de pavimentos, calculados pela seguinte fórmula: IG = 0,2 x a + 0,005 x a x c + 0,01 x b x d onde: a = % do material que passa na peneira de no 200, menos 35; caso esta % for >75, adota-se a = 40; caso esta % seja < 35, adota-se a = 0; b = % do material que passa na peneira de n. 200, menos 15; caso esta % for >55, adota-se b = 40; caso esta % seja < 15, adota-se b = 0; c = valor de limite de liquidez (LL) menos 40; caso o LL > 60%, adota-se c = 20; se o LL < 40%, adota-se c = 0; d = valor de índice de plasticidade (IP) menos 10; caso o IP > 30%, adota-se d = 20; se o IP< 10%, adota-se d = 0; Recomendada pela AASHTO, a classificação TRB, tem sido aplicada no reconhecimento de solos para construção de pavimentos rodoviários em todo o mundo. São apresentados 7 classes subdivididos em 11 grupos assim denominados: A-1 subdividido em A-1-a e A-1-b; A-2 subdividido em A-2-4, A-2-5, A-2-6, e A-2-7; A-3, A-4, A-5; A-6; e, A-7 subdividido em A-7-5 e A-7-6. As classes A-1, A-2 e A-3 tratam-se de materiais mais grossos, que apresentam de até no máximo de 35% de material retido na # 200 (0,075mm de abertura). Limitados em 15%, 25% e 10% para os grupos A-1-a, A-1-b e A-3 respectivamente. Para as classes A-1 e A3 o IP índice de plasticidade é limitado em 6% o que caracteriza materiais com predominância de não plástico (pedra britada, pedregulho e areias). Já os grupos A-2-4 e A-2-5 o IP é limitado em 10%, os grupos A-2-6 e A-2-7 especifica um mínimo de 11% no IP. Na classe A-2 considera-se o LL limite de liquidez, tratam-se dos materiais: areias e areias argilosas ou siltosas. Para as classes A-4, A-5, A-6 e A-7, tem-se no mínimo 35% de material passado na peneira acima e considera-se também tanto o IP como o LL. Tratam-se solos finos argilas e siltes. É apresentado na Figura 78 um roteiro expositivo de um processo classificatório de solos. Através de parâmetros determinados dos solos, denominadas de propriedades índices limites de Atterberg e granulometria, pode-se classificá-los e devido a esses parâmetros pode-se verificar a 109

110 aplicabilidade do solo. Assim observe-se que entre a classe do solo e o solo propriamente dito existe uma relação biunívoca. Através dessa relação biunívoca 13 pode-se perfeitamente associar o comportamento de um solo, que esta dentro de uma determinada classe ao desempenho esperado. Observe-se que entre o solo e os parâmetros existe uma relação biunívoca, logo, o solo está perfeitamente relacionado com os parâmetros e vice-versa. Da mesma forma, as classes em que os parâmetros estão categorizados, podese constatar a mesma relação. A aplicação, objeto da classificação dos solos correlaciona-se com as classes, que por sua vez, esta associada aos parâmetros. Desta forma, a Figura 75 ilustra as relações biunívocas existente em uma classificação. Parâmetro SOLO Classe Aplicação Figura 78 - Roteiro Classificatório de Solos A classificação HRB foi desenvolvida para solos de clima frio e temperado, estando assim, os solos de clima tropical, sujeitos a uma má classificação, ou seja, a relação biunívoca pode não ocorrer. Exercício Classificar os solos identificados de 0 a 6 da Tabela 11 pela classificação HRB utilizando o quadro classificatório da Figura 78. Os valores da granulometria (% passa nas peneiras n. 2, 40 e 200) deverão ser extraídos da Figura 77. Material Identificação Tabela 11 Classificação HRB Limites de Atterberg Granulometria (peneiras)* LL LP IP Aberturas (mm) e número (n.) (%) (%) (%) 2/ 10 0,42/40 0,075/200 Classificação HBR 0 Brita graduada -o- NP 1 Brita graduada -o- NP Areia argilosa laterítica (RJ) Brasil. Areia Silto-argilosa sedimentar - Suíça Areia siltosa saprolítica sobre gnaisse (SP) - Brasil Argila laterítica de basalto (SP) - Brasil Argila saprolítica sobre basalto (SP) - Brasil Relação que associa, a cada um dos elementos de um conjunto, um único elemento de outro conjunto, e vice-versa. 110

111 % que passa 100 Granulometria de Solos ,075 0,001 0,01 0, Diâmetro dos Grãos Figura 79 - Distribuição granulométrica dos materiais da tabela 09 Figura 80- Quadro de classificação HRB Com base nas características e aplicação de cada material descritas abaixo, comente sobre a eficácia da classificação HRB para os solos tropicais. Material 0 corresponde a um material especificado pelo DNIT para construção de bases granulares de rodovias, com curva granulométrica atendendo a faixa D das especificações do mesmo órgão. 111

112 Material 1 precisa sofrer estabilização granulométrica (adição de outro material ou materiais) para atender as especificações do DNIT para se construir bases granulares enquadradas na faixa D. O material 2 é muito utilizado como base de rodovias de baixo volume de tráfego. Apresenta baixa expansão e alta resistência de ISC. Perde pouca resistência quando em contato com água. Já o material 3 precisou ser estabilizado com cimento para ser empregado sub-base de um pavimento de baixo volume de tráfego na Suíça. Material 4 apresenta-se expansivo e de baixa capacidade de suporte (ISC). Quando em contato com água perde considerável resistência. Esse tipo solo tem apresentado problemas em taludes e aterro como erosão. O material 5, embora muito contrátil, e apresentar trincamento, é pouco expansivo e resistente. Perde pouca resistência quando em contato com água e tem sido utilizado em bases de pavimentos de baixo volume de tráfego, in natura, com adição de areia ou material pétreo, ou mesmo com adição de cimento ou cal. Já o material 6 é excessivamente contrátil e expansivo e perde considerável resistência quando em contato com água. 112

113 AULA 10 METODOLOGIA MINIATURA COMPACTADO TROPICAL - MCT 10.1 Introdução As deficiências dos procedimentos tradicionais de caracterização e classificação geotécnicas para solos tropicais com finalidades rodoviárias surgiram desde que se introduziu o uso da Mecânica dos Solos nos estudos de nossos solos para pavimentação, ainda na década de quarenta, os nossos técnicos rodoviários começaram a encontrar dificuldades. A maior dificuldade foi que os solos de mesmo grupo da classificação desenvolvida pela Public Roads Administration que mais tarde evoluiu para a classificação conhecida como HRB (Highway Research Board) ou AASHO (American Association of State Highways Officials), incluía no mesmo grupo A-7, tanto solos siltosos reconhecidamente inferiores pelas suas más qualidades, tanto em estado seco como encharcado, como as argilas lateríticas, reconhecidamente de bom comportamento. Fato similar também ocorria com solos do Grupo A-4, que também incluía variedades siltosas saprolíticas e areno-argilosas lateríticas Metodologia MCT A metodologia miniatura compactado tropical - MCT tem como base o mesmo equipamento de moldagem de corpos-de-prova de dimensões reduzidas, anteriormente mencionado, entretanto, de maneira gradual, várias modificações para melhor adaptá-lo ao estudo específico de solos tropicais para finalidades de pavimentação. A miniaturização desenvolvida pela Iowa State University consistiu basicamente em reduzir os corpos-de-prova convencionais de 1000 cm3 - corpos-de-prova Proctor e de 2000 cm3 - corpos-deprova de CBR para corpos-de-prova de 50 mm de diâmetro e 50 mm de altura. A seguir apresentam-se nas Figuras 81 a 84, evidenciando as diferenças entre o equipamento de Iowa e o equipamento convencional. Figura 81 - Cilindro e soquete de Iowa Seção plena Figura 82 - Cilindro e soquete Proctor 1000 cm3 113

114 Figura 83 - Suporte de moldagem equipamento de Iowa Figura 84 - Cilindro de CBR 2000 cm3 Uma das primeiras contribuições atribuídas a metodologia MCT foi a miniaturização do ensaio de CBR, denominado de M-CBR. Os primeiros resultados obtidos foram apresentados por Nogami em 1972 (Determinação do Índice de Suporte Califórnia com Equipamento de Dimensões Reduzidas Ensaio Mini-CBR, II Reunião das Administrações Rodoviárias, Brasília ). A utilização do referido procedimento (reduzido) provou as suas inúmeras vantagens, das quais destacam as seguintes: excelente correlação com o CBR tradicional para solos do Estado de São Paulo, redução considerável da mão de obra e custo de material e aparelhagem, em grande parte decorrente da drástica redução na quantidade de amostra necessária (redução de cerca de 20 vezes em relação ao tradicional de 150mm de diâmetro) excelente reprodutibilidade, variação fácil das condições de ensaio, tais como sobrecargas, energia de compactação, tempo de embebição e inclusive realizar facilmente sem embebição e mesmo sob lamina d água facilidade de executar o ensaio de compactação em amostras virgens (isto é sem reutilização) possibilidade de determinação de propriedades suplementares para melhor escolha de solos mais apropriados para pavimentação, sobretudo para bases de pavimentos de baixo custo, tais como: contração por perda de umidade, permeabilidade e infiltrabilidade (penetração d água em corpos de prova não saturados) penetração da pintura betuminosa etc. Em vista do acima exposto, o conjunto de ensaios acima referidos passou a ser designado Mini- CBR e Ensaios Suplementares. Além disso, o estudo geotécnico com base nos ensaios em consideração, foi bastante efetivo para que pudesse reavaliar as possibilidades dos diversos solos tropicais típicos do Estado de São Paulo, para pavimentação. Contudo, era um procedimento por demais complexo e oneroso para fins classificatórios, sobretudo se comparado com o procedimento tradicional, que se baseia nos índices tradicionais (porcentagem que passa na peneira 0,075, LL e IP) Por isso, esforços contínuos foram efetuados no início da década de 1980, para que isso fosse atingido MINI-MCV e Classificação Geotécnica MCT 114

115 Classificação Geotécnica MCT Expedita - Método das Pastilhas Várias tentativas foram feitas para obter de maneira mais rápida e a menor custo um procedimento classificatório de solos com base na metodológica MCT, tendo para isso desenvolvido o procedimento expedito denominado de método das pastilhas para classificação expedita de solos para finalidades viárias. O procedimento é apresentado pelo artigo denominado de Identificação Expedita dos Grupos da Classificação MCT para Solos Tropicas, no X Congresso do COBRAMSEF. 115

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123 Classificação MCT - Convencional O primeiro passo significativo para esse objetivo foi conseguido quando, teve sucesso, as tentativas de adaptar o novo procedimento de compactação desenvolvido por Parsons (1976) no Road and Transport Research Laboratory da Grã Bretanha, para corpos de prova de dimensões reduzidas (50 mm de diâmetro). Lembre-se que o procedimento desenvolvido por Parsons utilizava corpo de prova de 100 mm de diâmetro e massa de 1500 g e o equipamento utilizado está apresentado na Figura 85. Figura 85 Equipamento de compactação do Parsons O procedimento de Parsons difere do Proctor tradicional porque ao contrário deste, a compactação é feita variando simultaneamente a energia (ou número de golpes) de compactação e o teor de umidade. Para se obter essa condição, um corpo de prova com um determinado teor de umidade, é submetido a número crescente de golpes de soquete, medindo-se periodicamente a massa específica aparente, até que atinja um valor máximo praticamente constante. Obtém-se dessa maneira dados para que possa traçar uma família de curvas de compactação, além de uma linha de máxima densidade para um determinado teor de umidade. Parsons desenvolveu uma classificação geotécnica a partir de parâmetros empíricos a e b obtidos de uma curva (considerada reta) que relaciona um parâmetro empírico designado MCV (Moisture Condition Value) com o teor de umidade de compactação. Um procedimento similar leva, com uso de equipamento miniatura, a valores que designamos de a e b. Lamentavelmente, as classificações geotécnicas com uso desses parâmetros não distinguiam os solos de comportamento lateríticos daquelas de comportamento saprolítico (portanto não laterítico). Em vista disso, procurou-se novos parâmetros e após muitas tentativas, conseguiu-se obter parâmetros, que foram designados de c, d e e que possibilitava a almejada distinção, sendo que esses parâmetros são obtidos a partir do ensaio de compactação segundo o procedimento de Parsons, e designado de Mini-MCV. O parâmetro e foi obtido pelo uso da Equação 13: e 3 20 Pi d 100 (13) Onde: e = coeficiente que expressa o comportamento laterítico do solo; d = coeficiente angular do ramo seco mais acentuado, da curva de compactação correspondente a energia 10 golpes e, Pi perda de massa por imersão (%) (será detalhado mais a frente). 123

124 O uso dos parâmetros c em abscissas e e em ordenadas permitiu agrupar os solos tropicais de maneira apropriada para uso em pavimentação. O universo dos solos tropicais foi subdividido em duas grandes classes designadas de solos de comportamento laterítico (L) e de comportamento não laterítico (N), compreendendo ao todo 7 grupos. Essa classificação foi inicialmente apresentada em Enquanto que o Mini-CBR e Ensaios Suplementares requer, para distinguir apropriadamente os tipos de solos tropicais, pelo menos 16 corpos de prova, envolvendo nada menos que determinação de 6 parâmetros, enquanto que para obtenção dos coeficientes e índices para fins classificatórios, pode ser obtida a partir de apenas 4 corpos de prova, envolvendo basicamente 3 parâmetros. Isso é altamente significativo, porém considerada ainda demasiadamente complexo para estudos geotécnicos preliminares. Faz parte do anexo o procedimento de classificação Mini-MCV convencional, trata-se de um artigo científico apresentado pelo autor dessa apostila no 37º Congresso da Associação Brasileira de Pavimentação (ABPv) e 11º Encontro Nacional de Conservação Rodoviária em Goiânia/GO

125 Umidade Umidade Apresentam-se a seguir dois exercícios, modelos, de classificação convencional de solos pela metodologia MCT. FATEC - DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES E OBRAS DE TERRA Laboratório de Mecânica dos Solos Solo: Obra: ENSAIO DE CLASSIFICAÇÃO M-MCV - Simplificado MODELO 01 REGISTRO DOS DADOS DO ENSAIO Interessado: Massa do cp = 200 g k = 43, ,00 = 93,43 Data do ensaio : Porção + Água Porção + Água Porção + Água Porção + Água Molde N-05 Molde C-05 Molde N-08 Molde N-04 Golpes Leitura An s Leitura An s Leitura An s Leitura An s (n) (mm) (mm) (g/cm3) (mm) (mm) (g/cm3) (mm) (mm) (g/cm3) (mm) (mm) (g/cm3) 0 16,16 12,19 10,43 9, ,67 34,79 32,27 30, ,57 39,69 38,13 35, ,31 41,40 40,61 38, ,34 41,89 42,70 40, ,01 43,62 43, ,70 44, ,00 Capsula n Capsula n Capsula n Capsula n Mu.+ Tara (g) 86,99 101,34 Mu.+ Tara (g) 98,74 92,12 Mu.+ Tara (g) 101,25 81,57 Mu.+ Tara (g) 89,32 79,48 Ms + Tara (g) 72,87 85,72 Ms + Tara (g) 84,54 79,22 Ms + Tara (g) 89,72 70,91 Ms + Tara (g) 79,60 70,53 Tara (g) 10,16 16,35 Tara (g) 16,58 16,73 Tara (g) 24,65 10,42 Tara (g) 16,07 10,90 Umidade (%) Umidade (%) Umidade (%) Umidade (%) Porção + Água Ponto extra Ponto extra A-04 Golpes Leitura An s Leitura An s Leitura An s (n) (mm) (mm) (g/cm3) (mm) (mm) (g/cm3) (mm) (mm) (g/cm3) 0 9, , , , , , , ,92 80 Capsula n. Mu.+ Tara (g) Ms + Tara (g) Tara (g) Umidade (%) ,19 78,08 79,26 70,82 16,52 14,45 Capsula n. Mu.+ Tara (g) Ms + Tara (g) Tara (g) Umidade (%) Capsula n. Mu.+ Tara (g) Ms + Tara (g) Tara (g) Umidade (%) Laboratorista: 125

126 An (cm) Pi - Perda de Massa Por Imersão CURVAS DE DEFORMABILIDADE - ENSAIO DE M-MCV - SIMPLIFICADO Modelo C' = Pi = d' = e' = Class: Número de Golpes (n)

127 Densidade CURVAS DE COMPACTAÇÃO - ENSAIO DE M-MCV - SIMPLIFICADO Modelo ,9 1,8 1,7 Golpe 2 Golpe 4 Golpe 6 1,6 Golpe 10 1,5 Golpe 20 1,4 Golpe 40 1,3 1,2 1, Teor de Umidade (%) 127

128 Determinação da Perda de Massa por Imersão da Solos Compactados - MCT - modelo 01 Condição de Compactação Molde Nº Teor de Umidade (%) C-03 P-09 C-02 N-01 A-04 Pu (g) 200,0 200,0 200,0 200,0 200,0 Ps (g) Altura do C.P. (cm) CROQUÍS MOLDE Forma do desmoronamentos na Cápsula Cápsula Nº Determinação da Massa Seca Desprendida Ps + Tara (g) 60,63 82,01 74,55 130,18 135,44 Peso da Tara (g) 26,42 49,04 26,48 26,07 25,57 Ps Desprendido (Pd) (g) Fator de Redução PI (%) 128

129 Umidade Umidade REGISTRO DOS DADOS DO ENSAIO Solo: Obra: FATEC - DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES E OBRAS DE TERRA Laboratório de Mecânica dos Solos ENSAIO DE CLASSIFICAÇÃO M-MCV - Simplificado MODELO 02 Interessado: Massa do cp = 200 g k = 43, ,00 = 93,43 Data do ensaio : Porção + Água Porção + Água Porção + Água Porção + Água N-09 N-06 N-08 N-04 Golpes Leitura An s Leitura An s Leitura An s Leitura An s (n) (mm) (mm) (g/cm3) (mm) (mm) (g/cm3) (mm) (mm) (g/cm3) (mm) (mm) (g/cm3) 0 16,26 17,50 13,66 9, ,03 35,00 31,67 25, ,27 40,51 36,62 30, ,58 43,07 39,50 33, ,78 44,94 42,78 36, ,06 45,30 41, ,14 44, , ,17 Capsula n Capsula n Capsula n , Mu.+ Tara (g) 91,91 75,39 Mu.+ Tara (g) 98,80 70,63 Mu.+ Tara (g) 76,78 84,38 Mu.+ Tara (g) 97,44 74,93 Ms + Tara (g) 81,54 66,50 Ms + Tara (g) 88,45 63,71 Ms + Tara (g) 69,27 76,75 Ms + Tara (g) 90,79 69,40 Tara (g) 14,56 8,94 Tara (g) 15,85 14,19 Tara (g) 10,83 15,81 Tara (g) 28,12 16,62 Umidade (%) Umidade (%) Umidade (%) Umidade (%) Porção + Água Ponto de aula Ponto de aula P-07 Golpes Leitura An s Leitura An s Leitura An s (n) (mm) (mm) (g/cm3) (mm) (mm) (g/cm3) (mm) (mm) (g/cm3) 0 11, , , , , , , , ,36 Capsula n. Mu.+ Tara (g) Ms + Tara (g) Tara (g) Umidade (%) Capsula n. Capsula n. 81,81 87,1 Mu.+ Tara (g) Mu.+ Tara (g) 76,89 80,96 Ms + Tara (g) Ms + Tara (g) 24,72 18,64 Tara (g) Tara (g) Umidade (%) Umidade (%) Laboratorista: 129

130 An (cm) Pi - Perda de Massa Por Imersão CURVAS DE DEFORMABILIDADE - ENSAIO DE M-MCV - SIMPLIFICADO Modelo C' = Pi = d' = e' = Class: Número de Golpes (n) 0 130

131 Densidade 2,2 CURVAS DE COMPACTAÇÃO - ENSAIO DE M-MCV - SIMPLIFICADO Modelo 02 2,1 2 1,9 1,8 Golpe 2 Golpe 4 Golpe 6 Golpe 10 Golpe 20 Golpe 40 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 Teor de Umidade (%) 131

132 Determinação da Perda de Massa por Imersão da Solos Compactados - MCT Condição de Compactação Molde Nº Teor de Umidade (%) N-09 N-06 N-08 N-04 P-07 Pu (g) 200,0 200,0 200,0 200,0 200,0 Ps (g) Altura do C.P. (mm) MOLDE Forma do desmoronamento na Cápsula Cápsula Nº Determinação da Massa Seca Desprendida Ps + Tara (g) 62,85 61,56 33,5 25,8 23,91 Peso da Tara (g) 26,48 25,89 23,82 25,8 23,91 Ps Desprendida (Pd (g) Fator de Redução PI (%) 132

133 Folha de ensaio FATEC Faculdade de Tecnologia de São Paulo Nome da amostra K = Data / / Interessado: Estaca Laboratorista Porção +Água Cilindro Porção +Água Cilindro Porção +Água Cilindro Preparação de leitura para cessar a compactação mm Leitura (cm) an (cm) Densidade Seca (g/cm3) Golpes de leitura para cessar a compactação mm 0 -o- 0 -o- 0 -o- 2 0,10 2 0,10 2 0,10 4 0,10 4 0,10 4 0,10 6 0,10 6 0,10 6 0, , , , , , , , , ,00 Altura final do corpo-de-prova 60 1, ,00 Altura final do corpo-de-prova 80 1, ,00 Umidade Umidade Umidade Cápsula n. Cápsula n. Cápsula n. Leitura (cm) an (cm) Densidade Seca (g/cm3) Golpes de leitura para cessar a compactação mm Leitura (cm) Altura final do corpo-de-prova an (cm) Densidade Seca (g/cm3) Massa Úmida + Tara (g) Massa Úmida + Tara (g) Massa Úmida + Tara (g) Massa Seca + Tara (g) Massa Seca + Tara (g) Massa Seca + Tara (g) Tara (g) Tara (g) Tara (g) Teor de Umidade (%) Teor de Umidade (%) Teor de Umidade (%) Porção +Água Cilindro Porção +Água Cilindro Porção +Água Cilindro Golpes de leitura para cessar a compactação mm Leitura (cm) an (cm) Densidade Seca (g/cm3) Golpes 0 -o- 0 -o- 0 -o- 2 0,10 2 0,10 2 0,10 4 0,10 4 0,10 4 0,10 6 0,10 6 0,10 6 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , ,00 Altura final do corpo-de-prova 120 1, , , ,00 de leitura para cessar a compactação mm Leitura (cm) Altura final do corpo-de-prova an (cm) Densidade Seca (g/cm3) Umidade Umidade Umidade Cápsula n. Cápsula n. Cápsula n. Golpes de leitura para cessar a compactação mm Leitura (cm) Altura final do corpo-de-prova an (cm) Densidade Seca (g/cm3) Massa Úmida + Tara (g) Massa Úmida + Tara (g) Massa Úmida + Tara (g) Massa Seca + Tara (g) Massa Seca + Tara (g) Massa Seca + Tara (g) Tara (g) Tara (g) Tara (g) Teor de Umidade (%) Teor de Umidade (%) Teor de Umidade (%) 133

134 An (cm) Pi - Perda de Massa Por Imersão CURVAS DE DEFORM ABILIDADE - ENSAIO DE M-M CV - SIM PLIFICADO 600 C' = Pi = d' = e' = Class: Número de Golpes (n)

135 Densidade (g/cm3) CURVAS DE COMPACTAÇÃO - ENSAIO DE M-MCV - SIMPLIFICADO Teor de Umidade (%) 135

136 Determinação da Perda de Massa por Imersão da Solos Compactados - MCT Condição de Compactação Molde Nº Teor de Umidade (%) Pu (corpo de prova) Ps (corpo de prova) Altura do C.P. (g) (g) (mm) CROQUÍS MOLDE Cápsula Determinação da Massa Seca Desprendida Cápsula Nº Massa Seca + Tara (g) Massa da Tara (g) Massa Desprendida (g) Fator de Redução PI (%) 136

137 MINI-Proctor e Ensaios Complementares Introdução Estes ensaios e os demais da metodologia MCT serão descritos de maneira sumária, dando ênfase aos pontos considerados essenciais, para os responsáveis pela supervisão e aproveitamento apropriado dos resultados. Para detalhes executivos é indispensável que o interessado procure os métodos redigidos pelas entidades oficiais como DNER, DERs, Prefeituras etc. Este procedimento é apropriado para a obtenção das principais propriedades de interesse a pavimentação, dos solos tropicais ou não, sobretudo daqueles compreendendo para baixo volume de trafego e leve. Uma das limitações do procedimento é que não se aplica a muitos tipos de solos e solosagregados que possuem elevada porcentagem de fração retida na peneira de 2 mm, mas em muitas circunstancias, os resultados podem ser aplicados em solos-agregados de tipos especiais como aqueles solos-britas de graduação descontínua. É, sobretudo aplicável para verificação da conformação de solos tropicais de granulação fina, à especificações de bases para baixo volume de trafego e de baixo custo, e sub-bases e reforço do subleito para qualquer tipo de tráfego. Ensaios complementares da metodologia MCT compreendem os seguintes ensaios: Ensaio de Compactação Mini-Proctor Ensaio Mini-CBR e de Expansão Ensaio de Contração Ensaio de Infiltrabilidade Ensaio de Permeabilidade Interpretação e Aplicações Mini-Proctor Quando, no fim da década de quarenta para início da década de cinquenta, introduziu-se o CBR (em português índice de suporte Califórnia - ISC) as referidas discrepâncias tornaram-se mais evidentes. As correlações desenvolvidas nos países de climas frios e temperados, entre o índice de grupo (calculado com base nos dados de % que passa na peneira 0.075, LL e IP), não se repetia quando se considerada solos tipicamente tropicais. Alguns detalhes sobre os motivos dessa discrepância podem ser encontrados Nogami & Villibor (1995). Constatou-se, além disso, que os valores de muitos índices tradicionais (LL, LP e granulometria), apresentam grande dispersão de resultados, dependendo muito dos detalhes dos procedimentos adotados, sobretudo do preparo da amostra e do grau de espatulação e/ou dispersão da fração mais fina. De outro lado o CBR tradicional apresenta grande dispersão nos resultados, como a constatada pela pesquisa coordenada pela ABPv (Carlos de Souza Pinto, Boletim No 6, 1964) sendo um ensaio caro e difícil de ser executado em muitas circunstâncias, não podendo prescindir de correlações determinadas mais facilmente. Foi então que no início da década de setenta, procurou um procedimento mais apropriado para os estudos geotécnicos preliminares adaptados às peculiaridades dos solos tropicais e ao desenvolvimento de nosso país. Várias soluções foram tentadas, mas o que se mostrou mais promissor 137

138 foi a miniaturização do CBR, seguindo a sugestão feita pelo prof. Carlos Souza Pinto, então chefe da Seção de Pavimentos do IPT-SP. O prof. Carlos de Souza Pinto tem primazia, em nosso meio técnico, do uso de corpos de prova de 50 mm em pavimentação, sobretudo para investigação do estudo da estabilização de solos tropicais com aditivos (Equipamento Reduzido para Moldagem de Solo-Aditivo. Pub.87-GTM-65-01, IPR, Rio de Janeiro, 1966). Ele utilizou um procedimento de compactação desenvolvido na Iowa State University, EUA, que desenvolveu procedimentos, que consiste em moldar corpos-de-prova na energia normal obtendo curvas de compactação, para determinação de numerosas outras propriedades de solos compactados similarmente. Esse ensaio destina-se à obtenção da umidade ótima e massa específica aparente seca máxima para energias de compactação normal e intermediária. Os corpos-de-prova resultantes da compactação podem ser reaproveitados para a realização de outro ensaios pertencentes a metodologia MCT, sorção, permeabilidade, M-CBR, expansão entre outros. Tanto os corpos-de-prova que compõem a curva de compactação como também somente o corpo-de-prova correspondente à umidade ótima. O procedimento desse ensaio está normatizado pelo DNIT-ME Solos compactação em equipamento miniatura. Aparelhagens Essenciais e Procedimento de ensaio ensaio. A seguir serão descritos os equipamentos essenciais e sucintamente os procedimentos de Moldes de 50,0 mm diâmetro interno, 140 mm de altura de preferência de aço inoxidável; Compactador com dispositivo de medida da altura do corpo de prova, provido de extensômetro, extrator de alavancas, Cilindro sólido padrão para aferição (49,8mm de diâmetro e 50,0mm de altura) Contador de número de golpes, Anéis de vedação, de aço inoxidável, de seção triangular, catetos de 2,5mm, diâmetro externo de 50,5mm, com um corte radial; Soquetes, tipo leve e pesado, com pés circulares de 49,8mm, respectivamente com pesos de e kg, altura de queda de 30,5cm. Espaçadores, de meia cana, altura de 70 mm e raio interno de 50 mm; Assentador (bloco de madeira) de diâmetro de 49,0mm. Procedimentos de Ensaio Preparo da Amostra Secar a amostra ao ar, ou em estufa a no máximo 60 o a amostra e passa-la na peneira de 2,00 mm, destorroando-a com uso de almofariz. Obter no mínimo 3000g dessa fração, uniformiza-la e obter 5 porções pesando cerca de 500g. Essa quantidade pode ser reduzida quando o operador conhece o solo por experiência passada e aumentada no caso ser necessária o preparo de corpos de prova para ensaios suplementares. Umedecimento e Cura Adicionar água, em teores regularmente crescente de umidade, para que se obtenha corpos de prova, pelo menos 2 pontos na curva de compactação abaixo da umidade ótima e 2 acima da mesma. 138

139 Consegue-se essa regularidade, pesando sempre mesma massa de solo seco ao ar e adicionando água em quantidades uniformemente crescentes. Homogeneizar cada porção e deixar em repouso por um período de pelo menos 12 horas cada porção, em sacos plásticos bem vedados, e guarda-las em caixa de isopor. Compactação Determinar a constante de aferição do compactador a ser utilizado, anotando o valor obtido. Colocar o espaçador em volta do pistão inferior do aparelho compactador, colocando em seguida o molde previamente untado de vaselina. Colocar em seguida disco de folha de polietileno sobre o pistão inferior e o anel vedação. Homogeneizar o conteúdo da primeira alíquota, de preferência o mais úmido, dentro do respectivo saco (agitação, com ar represado). Pesar cerca de 200g dessa alíquota e introduzi-la no molde, socando levemente com auxílio de bastões. Conformar a parte superior do corpo de prova mediante aperto firme de um assentador. Colocar em seguida, o anel de vedação, e um disco de folha de polietileno. Introduzir o pé do soquete dentro do molde, dar em seguida o número de golpes apropriado (5 de tipo leve, para energia normal, 6 de tipo pesado, para intermediária).inverter o corpo de prova e repetir o número de golpes. Efetuar a leitura do extensômetro, que permitirá, através da constante de aferição, a altura do corpo de prova do último golpe, ler o extensômetro e calcular a altura do corpo de prova, que deverá estar na faixa 50 l mm. Caso isso aconteça, extrair ou aproveitar para outros ensaios. No caso de aproveitar para outros ensaios, convém deslocar o corpo de prova, de maneira que uma de suas extremidades fique rente ao bordo do molde. Diferenças menores que 1 mm, em relação altura determinada no corpo de prova dentro do molde são toleráveis, caso contrário, ocorreu erro em alguma leitura ou outro não identificável. Se a altura do corpo-de-prova diferir mais de 1 mm de 50 mm, calcular por simples proporção, a quantidade de uma nova alíquota que dará exatamente 50 mm e repetir a compactação. Geralmente na segunda tentativa, obtém-se altura dentro do almejado. Repetir a moldagem no mesmo teor de umidade, caso necessário para ensaios suplementares. Retirar do saco referente uma alíquota, de cerca de duas porções de 50g a 100g a fim de obter o teor de umidade. Completar as compactações para alíquotas com outros teores de umidade. Cálculo e Apresentação dos Resultados Calcular a peso seca de cada corpo-de-prova e, por conseguinte, o seu Peso Específico Aparente Seco (g/cm 3 ou kn/m 3 ). Representar o Peso Específico Aparente Seco em ordenadas o teor de umidade de compactação nas abscissas. O ensaio deve ter no ramo seco pelo menos 2 pontos. A curva no ramo úmido deverá ser sensivelmente paralela á linha de saturação, que para melhor interpretação dos resultados deve constar do gráfico da folha de ensaio. Na Figura 86 está apresentado um ensaio modelo de compactação realizado pelo procedimento Mini-Proctor. 139

140 Peso Esp. Ap. Seco (kn/m3) Aluno: n. Data / / Energia Meas (g/cm 3 ) 91, ,43 41,94 41,41 40,55 41,45 50,67 49,16 49,69 50,55 49,65 1,64 1,87 1,94 1,89 1,81 1,37 1,53 1,55 1,47 1,36 Peso esp.ap.seco (kn/m3) 13,74 15,29 15,52 14,68 13,61 Capsula (n.) K= 50, ,10 = M.Umid.+Cáp (g) M.Seca + Cáp (g) tara (g) M. de água (g) M. seca de solo (g) Umidade(%) FATEC - Solo +Água Molde n. Massa Umida cp (g) Leit. Fina (mm) Altura do cp. (mm) Meau (g/cm 3 ) Umidade Ótima = 24,0% MINI-PROCTOR Peso Esp. Ap. Seco = 15,70 kn/m3 - Dados de Compactação Amostra: Compactação Umidade ,5 100,16 110,02 133,87 130,33 73,71 86,42 93,16 109,75 104,52 23,3 24,55 25,85 25,21 26,13 9,79 13,74 16,86 24,12 25,81 50,41 61,87 67,31 84,54 78,39 19,4 22,2 25,0 28,5 32,9 Curva de Compactação Umidade 19,4 22,2 25,0 28,5 32,9 Composição do gráfico Peso esp. ap. seco (kn/m3) 13,74 15,29 15,52 14,68 13,61 16,0 Curva de compactação 15,5 15,0 14,5 14,0 13, Teor de umidade (%) Figura 86 Ensaio de compactação Mini Proctor 140

141 Densidade g/cm3 MINI-PROCTOR - Dados de Compactação Energia: K= = Amostra: Compactação Solo +Água Massa Umid. Leit. Fina (mm) Altura do cp. (mm) Dens. Seca Umidade Capsula (n.) P.Umid.+t (g) P.Seca +t (g) tara (g) umidade(%) Curva de Compactação, Umidade (%) Umidade Ótima = % Dens ap. seca máx. g/cm3 141

142 Mini-CBR e Expansão Objetivo e Considerações Gerais Dimensionamento e escolha de solos e solos-agregados para bases, reforço e sub-bases. O procedimento de ensaio é em linhas gerais o mesmo adotado para o CBR (ou ISC) tradicional, entretanto, requer mais cuidado, razão pela qual, detalhes que mais devem ser considerados serão apresentados com maior detalhe. Aparelhagem Específica0 Prensa capaz de aplicar carga de até cerca de 1000 kgf, em um pistão de 16mm de diâmetro, com velocidade constante de 1,27mm/min, que possibilite registrar a carga aplicada em função da penetração. Molde cilíndrico, aparelhagem e material para moldagem de corpos de prova; Cuba para imersão Suporte de fixação do cilindro + corpo-de-prova destinado a expansão; Sobrecarga de 450g de massa e prato de base perfurada; Sobrecarga perfurada (furo de 18 mm de diâmetro), padrão de 450g, a ser usada na determinação da penetração. Procedimento de Ensaio a) Preparação dos Corpos de Prova Os corpos de prova devem ser obtidos conforme descrito no ensaio de Mini-Proctor (item ). Quando se requer resultados mais precisos, há conveniência em preparar corpos de prova suplementares, sobretudo, para obter curva de variação do Mini-CBR mais precisa. b) Embebição e Expansão Segundo a metodologia MÇT, é rotina efetuar a determinação do suporte, tanto em corpos de prova embebidos como não embebidos (ou na umidade de compactação). Nos corpos-de-prova a serem embebidos, colocar papel de filtro sobre a base da armação e sobre o topo do corpo de prova, devidamente deslocado para uma das extremidades do seu molde. Introduzir o suporte de sobrecarga e respectivo disco perfurado, o número apropriado de sobrecargas (geralmente, em ensaios rotineiros utiliza-se uma sobrecarga padrão de 450g). Montar o conjunto de fixação do molde e do extensômetro para medida da expansão. Transferir o conjunto para o tanque de imersão vazio e efetuar a primeira leitura do extensômetro. Em seguida encher d água o recipiente até que a lamina d água fique alguns mm acima do bordo superior do molde. Anotar o tempo inicial de embebição. Efetuar leitura após 12 horas no mínimo, e maior tempo se o extensômetro continuar movimentando. Obter leitura Lf, em mm, com precisão de 0,01mm. Esvaziar o tanque e retirar o conjunto e deixar em repouso cerca de l hora, para prosseguimento nas determinações do CBR ou das propriedades suplementares. c) Determinação da Penetração Transferir o conjunto molde c/ corpo de prova, submetido ou não à embebição, para o prato da prensa, retirar caso presente papel de filtro ou outro disco presente no topo do corpo de prova. Introduzir, conforme o caso a sobrecarga anelar padrão. Encostar suavemente a ponta do pistão no no centro topo do corpo de prova. Acionar a prensa a uma velocidade de 1.27 mm/min e registras as cargas para as penetrações do indicadas na Tabela

143 Tabela 12 Penetração x carga Penetração (mm) Carga (kgf) 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Algumas prensas automáticas trazem como padrão (default) alguns valores de penetração. Para o ensaio Mini-CBR é conveniente que se tenha valores relativamente próximos, devido as condições de contorno do corpo-de-prova. d) Observações Finais Convêm sempre anotar o aspecto da parte superior do corpo de prova, sobretudo a ocorrência de trincas radiais, inchamentos ou ainda uma depressão bem menor, indicando ser o material muito resiliente. Calculo da Expansão Utilizar a Equação 24 abaixo para a obtenção do valor de expansão: Lf Li E *100 H (24) Onde: Lf = leitura final (mm) Li = leitura inicial (mm) H = altura do corpo-de-prova (mm) Cálculo do Mini-CBR Traçado das curvas carga-penetração, efetuando as devidas correções de mesma maneira contida nas normas ABNT NBR-9895/87 Solo-Índice de Suporte Califórnia e DNIT-ME Índice de Suporte Califórnia de Solos, que consistem na eliminação de calombos, tanto côncavos ou convexos em relação na tendência geral; mudança de origem, para a intercessão da tangente do ponto de inflexão com o eixo horizontal (ou das penetrações); prolongar a curva quando houver decréscimo de carga além da penetração de cerca de dois milímetros. Como se trata de um ensaio de dimensões reduzidas para a determinação do Mini-CBR tomar como referência as cargas correspondentes as penetrações de 2,0mm e 2,5mm. 143

144 Com a utilização de tabela, entrar com as referidas cargas e extrair os valores de Mini-CBR correspondentes e obter a média que o valor de M-CBR do solo. A tabela consta anexada ao final dessas notas de aula. Com a utilização de fórmulas aplicar: log10 (Mini-CBR) = -0, ,896xlog10C1 log10 (Mini-CBR) = -0, ,937xlog10C2 Onde C1 = carga correspondente à penetração de 2,0 mm C2 = carga correspondente à penetração de 2,5 mm Apresentação dos Resultados. Apresentar os valores das expansões e dos Mini-CBR obtidos, sempre em função da respectiva curva de compactação, de maneira que se possa determinar facilmente a variação do Mini-CBR nas diversas condições de compactação. Para isso, representa-los em mesma folha, usando mesma escala horizontal e coincidente, para o teor de umidade e de preferência o Mini-CBR e Expansão na parte superior. Apresentar a curva de compactação umidade (w) x Massa Específica Aparente Seca ( s) Como foi já observado, no ensaio de M-Proctor, representar a reta de saturação porquanto o ramo úmido da curva de compactação deve ser sensivelmente paralelo à mesma. Adotar para escala dos Mini-CBR a escala logarítmica, porquanto, a variação do Mini-CBR ao longo da curva de compactação é quase sempre também retilínea. A curva de variação da Expansão poderá ser traçada no mesmo gráfico do Mini CBR. Figura

145 Densidade (g/cm3) M-CBR (%) CURVA DE COMPACTAÇÃO - M-CBR IMERSO E SEM IMERSÃO ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA M-CBR - com imersão M-CBR - sem imenrsão Teor de Umiade (%) CURVA DE COMPACTAÇÃO 2,02 0,5 2,01 0,4 2,00 0,4 1,99 0,3 1,98 0,2 1,97 0,2 1,96 0,1 1,95 0,1 1,94 0, Teor de Umidade (%) Umidade Ótima: 6,8% Densidade: 2,05 g/cm3 Expansão : 0,15% M-CBR I M-CBR s/i 28% 38% Figura 87 - Ensaio de Curva de Compactação/M-CBR e Expansão Contração Considerações Preliminares É uma das determinações suplementares das mais importantes para o melhor aproveitamento de solos tropicais em pavimentação, sobretudo daqueles de granulação fina e apropriada para baixo volume de tráfego e frequentemente também de baixo custo. Isso decorre de uma peculiaridade climática 145

146 tropical caracterizada pela elevada temperatura média anual e forte insolação, que aumentando a evaporação faz com que possibilite a frequente perda de umidade em camadas de solos compactados. Tradicionalmente, existem muitos parâmetros ligados com a contração, tais como o limite de contração, contração volumétrica, mas que pouco representa para a finalidade em vista, porquanto, elas são executadas a partir de corpos de prova moldados em estado de pasta próximo do limite de liquidez, logo não compactado. Além disso, são ensaios bastante trabalhosos e muitos deles envolviam o uso de mercúrio, hoje considerado uma substancia tóxica que requer cuidados especial de manejo. Constituem o método a ser descrito, uma contribuição importante da metodologia MCT, que, entretanto, ainda carece de informações mais numerosas e estudos teóricos e experimentais mais aprofundados. Equipamentos necessários para a realização do ensaio: Dispositivos de medida da contração axial compreendendo: armação rígida, que permita abrigar verticalmente um corpo de prova, de cerca de 50 mm de diâmetro e 50 mm de altura e um extensômetro para medida da variação do comprimento axial (altura) de um corpo de prova e que possibilita boa ventilação do corpo de prova de todos os lados, inclusive na base; extensômetros adaptáveis á armação, leitura direta de 0,01mm, curso de pelo menos 10 mm, munidos de conta voltas, (Figura 88) Figura 88 Dispositivo de contração Procedimento de Ensaio a) Preparo do corpo-de-prova Devem ser preparados segundo procedimento Mini-Proctor. Nos casos rotineiros, poder-se á utilizar corpos de prova submetidos a penetração, evidentemente não embebidos e logo após o termino da penetração no ensaio Mini-CBR. Os corpos de prova devem ser extraídos cuidadosamente com extrator apropriado. b) Montagem Colocar uma pedra porosa no centro da base do dispositivo de medida da contração e sobre ela colocar o corpo de prova. Sobre o topo do corpo de prova, colocar uma a pedra porosa provida de apoio com superfície plana central. Utilizar armações com extensômetros para aquelas em que estão no ramo úmido. Ajustar o extensômetro de maneira que possa ler uma eventual pequena expansão (ordem de alguns milímetros). 146

147 ao sol. Evitar ao máximo, secagem muito rápida ou muito lenta, evitando correntes de ar e exposições c) Leituras Deve ser feita a primeira leitura do extensômetro (Li) quanto antes, porquanto, certos corposde-prova começam a contrair logo após a retirada do corpo de prova do molde. Efetuar a segunda leitura antes de decorridos 1 hora. Efetuar leituras de hora em hora, e após algumas horas o espaçamento das leituras pode ser aumentado, podendo fazer coincidir com período noturno. Geralmente no dia seguinte, isto é apos cerca de 15 horas, os corpos de prova atingem uma variação constante periódica, que pode ser considerado Lf. Cálculos Utilizar a Equação 25 a seguir para a determinação do valor de contração Ct Li Lf Ct Hi *100 (25) Onde: Ct = contração do solo (%) Li = leitura inicial (mm) Lf = leitura final (mm) Apresentação dos resultados Representar Ct em função do teor de umidade, traçar curva e determinar o valor correspondente à umidade ótima de compactação. As curvas devem ser continuas. Presença de depressões ou calombos geralmente corresponde a erros de ensaio Infiltrabilidade Sorção Considerações Preliminares Este ensaio objetiva determinar a infiltração d água em corpos de prova de solos compactados a fim de que possa, qualitativamente prever esse fenômeno nas camadas dos pavimentos e suas adjacências, sobretudo, logo após a sua compactação. Cabe observar, que em solos tropicais, principalmente os lateríticos, essa movimentação pode se afastar bastante dos resultados obtidos em corpos de prova, devido a interferência de trincas e fissuras que se desenvolvem geralmente por uso de técnica construtiva não convencional que inclui a secagem durante essa fase, ou após vários anos de serviço. O uso prático dos resultados deste ensaio, por enquanto limita-se, sobretudo para escolha de solos para acostamentos e para bases revestidas de camadas betuminosas delgadas, sujeitas eventualmente à considerável infiltração d água, com eventual desenvolvimento de panelas. Na MCT não se deve confundir o ensaio de infiltrabilidade com os de permeabilidade tradicionalmente considerados em Mecânica dos Solos. Os primeiros diferem fundamentalmente no que se refere á saturação (não saturados) dos corpos de prova e por envolverem um fenômeno transiente, isto é dependente do tempo, na qual a quantidade de água infiltrada diminui sensivelmente com o tempo de medida. Entretanto, na mecânica dos solos, denomina-se de ensaio de permeabilidade em meios porosos saturados ou não saturados. 147

148 Aparelhagem essencial de medida da infiltração compreende: recipiente basal, provido de uma placa porosa circular (50 mm de diâmetro útil) com permeabilidade cerca de 10-2 cm/s, 5 mm de espessura, disposta horizontalmente, cheia d água, que se comunica através de um bico tubular e conexões, com um tubo abaixo discriminado, provido de um dispositivo que permita um contato estanque com a face externa basal do molde de compactação (geralmente por envolvimento com tubo de vedação de borracha), (Figura 89); Figura 89 - Placa porosa e cilindro tubo de vidro (diâmetro interno de até 5 mm (devido a necessidade de formação de menisco estável) de secção uniforme conhecida, comprimento de 1000 a 1500 mm, provido de escala em milímetros, disposto horizontalmente, de maneira que o menisco de água dentro dele permita manter um nível hidrostático coincidente com a superfície da placa porosa acima referida, (Figura 90); suporte ajustável que possibilite nivelar tanto o corpo de prova com o recipiente basal, bem como o tubo de vidro Figura 90 - Tubo e suporte ajustável Procedimento de Ensaio a) Moldagem dos corpos-de-prova Obtidos segundo procedimento Mini-Proctor, de maneira que os corpos de prova estejam devidamente deslocados para uma das extremidades do molde. b) Montagem dos Corpos de Prova (corpo-de-prova confinado pelo molde) 148

149 Verificar se o recipiente basal está isento de ar. A eliminação ar pode ser feita mergulhando a recipiente basal com placa porosa, dentro da água e injetar água da ponta do tubo de vidro. Verificar o nível do conjunto, e o nível relativo da superfície da placa porosa com o do tubo horizontal, de maneira que a lamina d água seja visível sobre a placa porosa, sem que haja derramamento lateral. Retirar disco de polietileno porventura aderente nas extremidades do corpo de prova, colocar um disco de pedra porosa e placa perfurada, com haste, e peso padrão. Transferir o molde contendo o corpo de prova, de maneira que se adapte perfeitamente sobre a placa porosa, encostando inicialmente de um lado e endireitando depois, para expulsar água e ar. Envolver a parte inferior do molde com a camisa de borracha. Encher se necessário o tubo de vidro horizontal. c) Leituras Tão logo assentado o corpo de prova, começar a leitura Lo no tubo horizontal, correspondente ao tempo To. Quando os corpos de prova estão no ramo seco da curva de compactação, o deslocamento do menisco no tubo horizontal é muito rápido e a primeira leitura Lo dificilmente coincidirá com o zero da escala milimétrica. Quando os corpos de prova estiverem no ramo úmido da curva de compactação, o ajuste do zero do menisco no tubo horizontal pode ser feito mediante retirada da água com seringa apropriada. Efetuar leituras sucessivas dos pares Li e Ti, em tempos proporcionais a t1/2.( por exemplo, 1, 2, 4, 9, 16, 25 min...) ou próximo a esses valores. Considerar terminado o ensaio quando o deslocamento do menisco no tubo horizontal estabilizar, o que geralmente ocorre antes de 24 horas. Se não ocorrer a referida estabilização, deve haver um vazamento no conjunto que invalida os resultados obtidos. d) Aproveitamento dos Corpos de Prova para Ensaio de Permeabilidade Terminado o ensaio de todos os corpos de prova, geralmente aproveitam-se os mesmos para o ensaio de permeabilidade, utilizando o mesmo recipiente de base com placa porosa, sem retirar o tubo de borracha de vedação. Representação gráfica dos resultados Representar os pontos com as coordenadas correspondentes ao tempo t de leitura em minutos em eixo horizontal e com escala t, isto é, proporcional à raiz quadrada do tempo de leitura, e no eixo vertical, os valores das leituras L da posição do menisco no tubo horizontal. Para se ter melhor idéia dos resultados, convém representar de preferência o valor dos cm3 absorvido correspondente ao deslocamento do menisco, o que corresponde multiplicar a leitura em milímetros pela seção do tubo em cm3/10. Os pontos obtidos devem alinhar-se junto das leituras iniciais, segundo uma reta, que pode não passar pela origem. Antes das últimas leituras, deverá ocorrer um nítido encurvamento, tendendo a uma horizontal, correspondendo a chegada da frente de umidade no topo do corpo de prova. Nos corpos de prova no ramo úmido, essa reta pode não aparecer. A intersecção das retas obtidas com a horizontal, dará para cada corpo de prova, o tempo de ascensão Ta em minutos. Cálculos 149

150 Coeficiente de sorção, nas umidades de compactação. Obter, para cada corpo de prova correspondente a um determinado teor de umidade de compactação, o valor do coeficiente de sucção expresso pela Equação 26: s q/ t (26) Onde: s = coeficiente de sorção cm/ t q = volume de água infiltrada cm3; t = tempo em minutos Velocidade de caminhamento da frente de umidade, nessa determinação o corpo-de-prova não esta confinado, ele é assentado sobre a placa porosa da base e verifica-se visualmente o avanço da frente de umidade. Obter, para cada corpo de prova, correspondente a um determinado teor de umidade de compactação, o valor da velocidade de caminhamento da frente de umidade pela seguinte Equação 27: v A/ Ta (27) Onde: v = velocidade de caminhamento da frente de umidade mm/ t A = altura do corpo-de-prova (mm E-1); Ta = tempo de ascensão da frente de umidade (minutos) (t e minutos) Apresentação dos resultados; Apresentar sempre os resultados de s e v, em função do teor de umidade de compactação e a partir dela, obter o correspondente no teor ótimo de umidade, para fins comparativos Permeabilidade Considerações Preliminares Este ensaio é de pequena utilidade para o estudo de camadas de solos tropicais constituintes dos pavimentos, sobretudo para aqueles de tipo baixo custo. Isto porque, nas condições climáticas prevalecentes em grande parte do Brasil, os solos tendem a secar e a exposição prolongada de lamina de água, até estabelecer o regime permanente necessário para que o processo da permeabilidade estabeleça quase não ocorre. Além disso, para solos argilosos, argilo arenosos e siltosos (coeficiente c maiores do que cerca de 1,0 ensaio de M-MCV), uma ideia da permeabilidade pode ser obtida através do ensaio da infiltrabilidade. Valem ainda as observações feitas no caso da infiltrabilidade, a presença e desenvolvimento de trincas e fissuras, que invalida a permeabilidade. Aparelhagem necessária está apresentada na Figura 91 e é descrita a seguir: a) Permeâmetro que permita aproveitar diretamente os corpos de prova compactados consistente de: bandeja de base, que permita escoar agua e manter firme e vertical os corpos de prova, 150

151 cuba basal, de mesmo tipo usado no ensaio de infiltrabilidade, contendo placa, borracha de vedação, bico e conexões apropriadas; rolha de borracha perfurada que permite ligar à bureta por meio de tubos de borracha ou de plástico flexíveis; buretas de pelo menos de secção de cerca de 2 e de 1 cm2, dispostas verticalmente e providas de escala milimétrica para leitura do nível d água, graduada com o zero coincidente com o nível de descarga da cuba basal e o fim, um número inteiro por exemplo, 700mm, 800mm, (de preferência 900mm), correspondente ao nível máximo na bureta; para facilitar as leituras Figura 91 Permeâmetro de carga variável Os corpos de prova devem ser compactados segundo procedimento do ensaio M-Proctor eventualmente submetidos ao ensaio de infiltrabilidade. Neste caso acima do corpo de prova comporta já pedra porosa e sobrecarga. Procedimento Pré-saturação Quando o corpo de prova não foi submetido previamente ao ensaio de infiltrabilidade, adaptar o mesmo tipo de recipiente basal utilizado nesse ensaio, tendo-se o cuidado de encher o mesmo completamente com água e manter o seu bico ligado a um tubo flexível em contato com reservatório de água com lamina d água próximo do nível da placa porosa, a fim de que haja infiltração por sucção, de maneira mais completa possível como no fim do ensaio de infiltrabilidade. Quando o corpo de prova foi submetido ao ensaio de infiltrabilidade, mergulha-lo em um banho d água que mantenha nível pouco abaixo do bordo superior do molde de compactação. Quando o corpo de prova for argiloso e acima da umidade ótima, para acelerar a saturação, pode-se mergulhar em banho de água capaz de aplicar maior coluna d água, colocando um suplemento estanque acima do molde de compactação ou então ligar um tubo flexível ao bico recipiente basal, que por sua vez deve ser ligado a 151

152 uma coluna apropriada de água. Deixar escoar água até que uma lamina de água visível forme dentro do molde. b) Montagem e Leituras Prévias Transferir o conjunto molde com corpo de prova e respectivo recipiente basal, placa porosa e sobrecarga, para a bandeja de suporte, encher de água e adaptar a rolha com tubo de borracha, de maneira que ao apertar a mesma a água suba pela bureta (a torneira da bureta deve estar aberta). Se a bureta possuir torneira, ela deve ser previamente aberta. Encher a bureta no nível máximo inteiro da escala geralmente adotado convencionalmente para a primeira leitura. Deixar escoar água por alguns minutos. No caso de elevada permeabilidade, em que se percebe o abaixamento do nível na bureta, deixar escorrer pelo menos uma vez, até o nível mínimo do menisco na bureta, e reiniciar a leitura enchendo novamente a mesma. Nos casos em que o abaixamento do nível é quase imperceptível, regular o nível pela sucção por cima, com uso de seringa apropriada e só efetuar as leituras quando houver escoamento perceptível no bico de saída do recipiente basal. c) Leituras. Quando o corpo de prova for muito permeável, considerar o tempo inicial como sendo aquele em que o menisco d água passa pelo nível inicial da bureta, que geralmente por facilidade de cálculos e anotações, convém que seja utilizado o mesmo nível de referencia, em todas as buretas e que seja um número inteiro (no Laboratório de Tecnologia de Pavimentação da EPUSP tem se adotado satisfatoriamente o nível correspondente a H0 = 900 mm, a contar do nível do bico de saída do recipiente basal). Quando o corpo-de-prova for, ao contrário, muito pouco permeável, considerar o tempo inicial como sendo aquele em que é feito o ajuste do menisco, ao nível de referencia acima referido, mediante extração de água por sucção com uso de seringa apropriada. Efetuar periodicamente leituras em tempos Ti proporcionais ao abaixamento no menisco H0-Hi e as leituras Hi em mm. Essa periodicidade deverá variar consideravelmente de acordo com a permeabilidade de cada corpo de prova, da secção da bureta utilizada e do nível de referência inicial. Assim, para o nível de referencia de 900 mm, buretas de secção 1 a 2 cm 2 para corpos de corpos de prova muito permeáveis, as leituras devem ser feitos em intervalos da ordem de minutos, ao passo que naqueles menos permeáveis, da ordem de horas o que torna o ensaio bastante trabalhoso. d) Outros corpos de prova, repetir as operações para outros corpos de prova de maneira similar. Representação Gráfica Representar, para cada corpo de prova, ou para cada conjunto de leituras para o mesmo corpo de provas (caso de repetição), os valores de leituras nos tempos Ti e os correspondentes valores de Hi em milímetros. Usando para Hi escala log e escala linear para Ti (em minutos ou/e em horas, os pontos representados devem sensivelmente ser retilínea passando pela origem ou possuir parte sensivelmente retilínea. Neste último caso, recomenda-se substituir, para facilidade de cálculos, por uma reta passando pela origem. Calcular o coeficiente de permeabilidade, pelo uso da Equação

153 2,3 * A * Cb * log 10 (H 0/HR ) K = (29) 60 * S * TR onde A = altura do corpo de prova, geralmente 50 mm, Cb = secção da bureta em cm 2, H 0 = nível de referencia, correspondente ao tempo zero, H R = nível do menisco, correspondente ao tempo TR obtido graficamente da reta obtida conforme item anterior, S = secção do corpo de prova em mm, TR = tempo obtido da reta, passando pela origem correspondente ao nível H R,em minutos. Essa fórmula pode ser simplificada, sendo também possível a elaboração de ábacos apropriados para facilitar os cálculos. Apresentação dos Resultados Representar, para cada teor de umidade de compactação, os valores de log K, e obter o valor correspondente ao teor ótimo de umidade da energia adotada. 153

154 Leituras (mm) PERMEABILIDADE DE SOLOS COMPACTADOS Registro de Dados Interessado: Modelo 02 Amostra: Operador: Condições de Ensaio: Energia de Modagem: Data / / Hora Tempo Tempo Um 6,1 7,9 10,3 12,6 Molde leitura acumulado acumulado (hora) (hora) (min) Bureta : :00 : :00 01: :45 03: :20 04: :00 04: :50 06: :00 08: :00 09: :00 23: :40 25; :00 26; :30 31; Cálculos Molde n Umidade de Mold. (%) 6,1 7,9 10,3 12,6 A - Altura do cp. (cm) 4,991 5,158 5,067 5,019 Cb - área da bureta (cm 2 ) 2,000 1,706 0,880 0,924 S - área do cp. (cm 2 ) 19,6 19,6 19,6 20,6 H.1 -ordenada correspondente a t.1 (mm) t.1 - abcissa correspondente a H.1 ( min.) ks = 2,3 * A * Cb * log(900/h.1) / (60 * S * t.1) ks = (cm/s) 7,4517E-06 4,18E-06 7,43486E-08 3,35057E-08 Log (ks) -5,13-5,38-7,13-7,47 154

155 Leitura da coluna d' água (mm) GRÁFICO DE PERMEABILIDADE Tempo (min) Um - 6,1% Um - 7,9% Um - 10,3% Um - 12,6%

156 AULA 11 CONTROLE DE CAMPO Introdução Vimos anteriormente que o solo escolhido para ser utilizado para uma dada finalidade como: camada de pavimento, corpo de aterro, base de reservatório, solo de envolvimento de tubulação flexível que exige que o solo apresente boas características quanto ao módulo de reação, foi primeiramente escolhido devido a sua: disponibilidade, quantidade e localização em relação onde deverá ser utilizado e, em uma segunda avaliação o solo foi submetido ao ensaio de resistência (CBR), no entanto, o ensaio de resistência tem o ensaio de compactação como ensaio preconizado. Como sequência de ensaio temos: 1. a quantidade de material se é satisfatória 2. quanto logística - distância de transporte da jazida à obra; 3. dados de compactação: densidade seca máxima e o teor ótimo de umidade 4. resistência do solo frente ao ensaio de CBR com o solo nas condições acima. Assim, após o solo ter sido submetido aos passos acima descritos, verifica se o mesmo apresenta as características necessárias para ser utilizado, conforme exigências de projeto. Uma vez atendida, são passados para o campo os dados de controle de compactação. Por exemplo: Para um determinado trecho, entre as estacas e 1256, (500m) será utilizado o solo da Fazenda Itororomba como camada de reforço do subleito. Características do controle Grau de compactação Densidade seca máxima = 1,650 g/cm3 Umidade de compactação = 19.6% 95% PN. Observe que a característica principal que o solo deve apresentar em serviço é a resistência que ele apresentou em laboratório. Logo, todo o projeto de dimensionamento das camadas do pavimento, (no caso) foi feito levando em consideração essa resistência, portanto, é de fundamental importância que o solo trabalhe com a referida resistência. No processo construtivo de uma camada de pavimento de solo, basicamente consiste em esparramar o solo conforme estaqueamento feito pela topografia, a espessura do solo a ser esparramada, denominada de espessura solta (Es) pode ser definida conhecendo-se a espessura da camada compactada e as densidades solta e compactada, Equação 30: (30) Onde: Es = espessura solta da camada (cm) s = massa específica aparente seca compactada (g/cm3) Ec = espessura compactada acabada da camada (cm) t = massa específica solta (g/cm3) 14 Estaca rodoviária: distância de 20 m, escolhida por ser a maior distância para a menor catenária. 156

157 Em seguida o solo é compactado por amassamento até que o solo apresente as características de resistência (obtidas em laboratório). Embora, existam mecanismos de se medir a resistência que o solo apresenta em campo, trata-se de um equipamento dispendioso e de operação técnica mais especializada se comparado com os outros procedimentos. Comumente não se controla da resistência (CBR) em campo e sim a umidade de compactação e a densidade seca máxima que o material esta, logo, se o material está dentro dos limites especificados, de densidade e umidade, pode-se esperar que o solo esta dentro da resistência desejada Controle por Deflexão Viga de Benkelman Pode-se controlar a deflexão das camadas, com a viga de Benkelman, desde o reforço do subleito até a capa asfáltica, os valores esperados em campo são obtidos através de programas de métodos de elementos finitos que levam em consideração, a resistência no ensaio de módulo de resiliência, coeficiente de Poisson, posição e espessura de cada camada do pavimento (Figuras 92 e 93). Figura 92 - Posicionamento da viga Benkelman Figura 93 - Deflexão com a saída do caminhão Normalmente, quando o solo esta dentro dos limites especificados quanto a teor de umidade e densidade seca máxima a deflexão da referida camada atende o especificado em projeto, desde que a espessura da camada em questão esteja correta e as deflexões das camadas inferiores atendidas LWD Outra forma de se obter a deflexão em camadas de pavimento com o objetivo de liberação, é com o emprego do equipamento portátil low weight deflectmeter LWD. Trata-se de equipamento que permite a através da queda livre de uma massa, guiada por uma haste, choca-se com uma base assentada sobre a camada a ser avaliada. Pelo princípio da ação e reação, a base é golpeada sobre a camada do pavimento por uma força e, o pavimento por sua vez, reage com uma força de sentido contrário a recebida. Essa força dividida pela área da base gera uma tensão, o que ocasiona um deslocamento instantâneo, esse deslocamento é o objetivo do controle tecnológico é percebido por um acelerômetro que registra a intensidade da desaceleração da base e por integração dessa aceleração tem-se o deslocamento. Observe-se que, uma condição é que o deslocamento seja, necessariamente, recuperável, visto que, isso é relativamente fácil devido a massa de queda do equipamento (low) (Figuras 94 e 95). 157

158 (1) Manopla (2) - Batente superior e trava (3) - Haste (4) Limitador do soquete (5) Soquete (6) Conjunto de molas (7) Sensor de medição (8) Base Figura 94 - LWD Figura 95 - Esquema do equipamento LWD FWD Princípio de funcionamento semelhante ao LWD é o equipamento Falling Weight Deflectometer FWD, esse transmite carga muito superior kgf (carga de semieixo), à camada e por vários geofones posicionados linearmente até distância máxima de 1,40 m, pode-se medir tanto os deslocamentos distantes da ação da carga como também o deslocamento que ocorre sob a placa de carga, denominado de D0. Com esses deslocamentos pode-se obter a bacia de deflexão (Figuras 96 a 99). Registra-se que devido a elevada carga, somente camadas de base e da capa asfáltica é empregado o FWD. Figura 96 Equipamento FWD Disponível em: Figura 97 Detalhe da placa e dos geofones Disponível em: Figura 98 Equipamento Kuab - Disponível em: Figura 99 Forma de auscultação do pavimento 158

159 Disponível em: aliacao-e-levantamentos-de-pavimentos Módulo de Compressibilidade - Placa de carga dinâmica Na mesma linha dos equipamentos: LWD e FWD existe também a placa de carga dinâmica. Esse equipamento (Figura 100) consiste em placa que através de carga dinâmica e um gerador de impulsos é possível auscultar as características mecânicas da estrutura do pavimento. A carga é semelhante em intensidade e duração para provocar a passagem de um eixo a uma velocidade de 13 t a 60 km/h, o diâmetro da placa é de 600 mm. Para determinar o módulo dinâmico, depois de localizar o ponto de auscultação, aplicar três sucessivas cargas dinâmicas, intensidade e duração definida em queda livre de uma massa sobre o prato, em seguida, realizar a medição direta dos seguintes parâmetros: carga e deformação. A deflexão e a resistência ao impacto são medidas por meio de sensores instalados na placa. A combinação destes dois parâmetros permite calcular o módulo de compressibilidade sob carga dinâmica do ponto de ensaio. Figura Placa de carga dinâmica Cone Sul Africano Outro procedimento de verificar a resistência da camada de solo é através do emprego do equipamento Cone Sul africano, também denominado de DCP. Trata-se de um equipamento bastante difundido em vários países e destina-se a verificação das características estruturais do pavimento através de uma boa correlação dom o CBR. O primeiro penetrômetro que se tem notícia data de 1933 e foi desenvolvido nos EUA. Existem diversos tipos de penetrômetros, variando-se basicamente a massa de queda, a altura e o ângulo da ponteira cônica. O DCP é posicionado verticalmente na superfície da camada a ser penetrada, com a ponta cônica tocando a mesma. O soquete (8 kg) é levantado até o topo da haste superior e então solto em queda livre para chocar-se contra a bigorna. A penetração do conjunto haste-cone, em milímetros, promovida 159

160 pela ação dinâmica do martelo, é anotada em planilha padrão. O sistema de leitura de penetração constitui-se em uma régua de escala milimétrica, fixada na base de apoio do equipamento. É apresentado de forma esquemática na Figura 101 detalhes do equipamento. Figura 101 Esquema do equipamento DCP Controle de Umidade de Campo Diversos são procedimentos de ensaio para a obtenção do teor de umidade em campo, a saber: Estufa Frigideira Álcool Speedy Nuclear Outros Importante nessa determinação é que seja rápida, na ordem de 15 minutos ou menos Método da Estufa É o processo, normatizado pelo DNIT-ME 213/94 mais indicado para a obtenção de teor de umidade. Entretanto, devido a demora na obtenção do resultado torna-se um procedimento não utilizado. Existem estufas com ventilação forçada que aceleram a obtenção do resultado, mesmo assim, essas estufas não são utilizadas, demoram em torno de duas horas tempo muito grande Método da Frigideira Método bastante empregado que consiste em fritar o solo. Uma pequena porção de solo úmido é colocada em uma frigideira que é colocada sobre uma fonte de calor, vai-se revolvendo a amostra suavemente até a água evapore-se. Para certificar-se de que a água evaporou se coloca uma placa de vidro sobre a frigideira e observe se existe vapor se formando na placa, caso contrário a amostra esta seca. Importante, a amostra não deve ficar demasiadamente sobre o fogo porque facilmente atinge-se temperaturas elevadas e pode ocasionar a remoção de água de constituição do solo. 160

161 Por diferenças de pesos determina-se o teor de umidade do solo Método do Álcool Procedimento especificado pelo DNIT-ME 088/94 nesse procedimento adiciona-se uma determinada quantidade de álcool em uma porção de solo úmido e ateia-se fogo, após o término da 1ª queima verifica-se se é necessário colocar mais uma porção de álcool, procede-se dessa maneira até a secagem total da amostra. O calor da chama faz a água da amostra evaporar-se. Dois grandes inconvenientes nesse processo são: o primeiro a questão de segurança e o segundo esta relacionado a qualidade do álcool, normalmente o álcool apresenta uma grande quantidade de água em sua constituição, assim sempre haverá um resíduo de água a cada queima, mascarando o resultado. Pode-se utilizar álcool isopropílico PA com 99,9% de pureza, trata-se de um produto não muito fácil de encontrar. O procedimento de determinação do teor de umidade é o mesmo para o anterior, por diferenças de pesos Método do Speedy Padronizado pela PMSP-ME-10 e pelo DER-SP m 161, é um método que utiliza um equipamento patenteado, mundialmente difundido denominado de Speedy (Figura 102). Figura 102 Equipamento speedy Através de uma reação química entre a água existente na amostra úmida e carbureto de cálcio, dentro de um recipiente hermético (Speedy), nessa reação ocorrerá uma pressão. Essa pressão que é função da quantidade de água existente na amostra é correlacionada com valores de uma tabela onde se obtém a umidade da referida amostra. O procedimento básico consiste em colocar uma quantidade conhecida de amostra úmida dentro do equipamento speedy, que é função do tipo de solo argila ou silte ou areia, colocar a quantidade de cápsulas de carbureto de cálcio também função do tipo de solo argila ou silte ou areia, colocar duas esferas de aço, fechar o speedy e agitar de maneira que as esferas de aço quebrem as cápsulas de vidro de carbureto, fazendo com que o carbureto das cápsulas reaja com a água contida na amostra Método Nuclear 161

162 Através desse método pode-se determinar a quantidade de água existente em uma dada porção de amostra de solo. A determinação consiste em medir o gradiente de radiação entre a radiação emitida e a recebida. O equipamento para esse fim é denominado de Fonte de Radiação Nuclear, e é caracterizado pelo tipo de elemento radioativo, por exemplo: fonte de Césio 137 e/ou fonte de Ameris Berílio. Tratase de fonte selada. O elemento radioativo responsável pela determinação teor de umidade é o Ameris Berílio. Figura 103 Densímetro nuclear Figura 104 Esquema de medição O equipamento é colocado sob a superfície do terreno (Figura 103) a sonda desce a uma profundidade de até 20 cm (ou outra escolhida) (Figura 104) o aparelho é acionado, o operador distancia-se 10m e após um curto período de tempo o aparelho efetua a media, em seguida o operador se aproxima e verifica a leitura Outros Métodos Outro tipo de se determinar a umidade em amostras de solos é o uso de fontes não radioativas, denominadas de Gauges. Trata-se de equipamentos semelhantes aos nucleares. Pode entrar nessa categoria de outros métodos, qualquer tipo de recurso que possibilite a extração de água de amostras de solo, como por exemplo, forno de micro-ondas Calibração dos Equipamentos O método padrão do teor de umidade é método da estufa DNIT-ME 213/94. Pois a amostra quando ensaiada no laboratório foi submetida a esse tipo de determinação, assim, o controle de campo executado com outro tipo de ensaio que não seja o da estufa deve, necessariamente, ser aferido com a determinação do teor de umidade em estufa. Principalmente os métodos do Speedy e o nuclear. O método da frigideira varia se a amostra possuir uma quantidade expressiva de matéria orgânica. Já o método do álcool isopropílico deve-se aferir devido a qualidade do álcool. A aferição consiste traçar um gráfico entre o teor de umidade obtido em estufa e o respectivo teor de umidade do processo utilizado, cinco pontos é o suficiente. Toma-se cinco porções de solos com variações de umidade entre eles possíveis de serem encontrados em campo, divide-se cada porção em duas, tendo-se dois lotes. Um lote é submetido a determinação do teor de umidade pela estufa e o outro lote é submetido ao equipamento Speedy (por 162

163 Pressão no manômetro (kgf/cm2) exemplo). Ao final a Tabela 13 de porcentagens de umidade obtidos na estufa x pressão do manômetro do Speedy traça-se o gráfico (Figura 105). Tabela 13 Correlação temperatura x pressão do speedy 3,0 CURVA DE CALIBRAÇÃO DO SOLO DA FAZENDA ITOROROMBA EQUIPAMENTO SPEEDY N.17 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Temp. estufa ºC Figura 105 curva de calibração do speddy Controle da Densidade de Campo ( campo) Diversos são procedimentos de ensaio para a obtenção da densidade em campo, a saber: Cravação de cilindro Frasco de Funil-areia Óleo Nuclear Outros Método de Cravação de Cilindro Nesse procedimento temos um molde cilíndrico biselado, de 4 de diâmetro, (possibilidade de diâmetros diferentes), e altura para que o volume final seja de aproximadamente 1000 cm 3 (Figura 106). Esse molde é cravado sobre a superfície da camada que foi compactada, em seguida é removido e as faces rasadas, mede-se a massa do conjunto e descontando-se a massa do molde temos a massa de solo compactado. A densidade úmida será a massa de solo úmido dividido pelo volume do molde, e com o teor de umidade obtido com algum procedimento anteriormente descrito temos a densidade seca da camada compactada. Figura 106 Cilindros para cravação e haste com guia 163

164 A inconveniência desse procedimento é que quando se crava o molde cilíndrico na camada o molde acaba por compactar a porção de solo dentro do molde. Outro inconveniente é que ocorrem distorções no molde que propiciam a alteração de seu volume Método do Frasco de Funil-Areia Compõe esse equipamento um reservatório de plástico com capacidade de 5 litros munido de uma válvula com um cone na extremidade, e uma bandeja quadrada com um furo centro de diâmetro igual ao bocal do funil. O material utilizado é uma areia calibrada, ou seja, de densidade conhecida ( areia ). E um método bastante difundido no controle de densidade de camada de pavimento em campo. Basicamente, o procedimento consiste em abrir um furo na superfície da camada ser controlada (Figura 107), tomando-se o cuidado de medir a profundidade escavada e registrar a massa do material escavado (Figura 108), assim tem-se a peso de solo úmido escavado do furo (Pu). Para a determinação do volume do furo utiliza-se o recurso da areia calibrada ( areia ). Verte-se areia dentro do furo de maneira a completá-lo (Figura 109). Conhecendo-se o peso de areia suficiente para preencher o furo e através da densidade conhecida da areia temos o volume do furo. Figura 107 Processo de abertura do furo Figura 108 Espessura da camada e peso de solo coletada Figura 109 Frasco do funil areia apoiado sobre o furo A operação do ensaio consiste em assentar a bandeja sobre a superfície do terreno, escava-se um furo de diâmetro igual ao furo da bandeja até profundidade de 10 cm 15 cm, conforme espessura da camada. Mede-se o peso de solo úmido escavado (Pu). Em seguida mede-se o peso inicial do frasco com areia (Pif), o frasco é colocado sobre a bandeja de maneira que o funil encaixe-se na borda com rebaixo do furo da bandeja, O registro é aberto, a areia vai fluir para dentro do furo até que o fluxo de areia estabilize, em seguida, o registro é fechado. Mede-se o peso final do frasco com areia (Pff). Observe que, o peso de areia que ocupa o volume do cone deve ser conhecido, denominado de peso de areia do cone (Pc). Para a sua determinação, deve-se colocar o funil sobre uma bandeja de superfície lisa e plana e abre-se o registro de forma a preencher todo o cone e, em seguida, fecha-se o registro e mede-se o peso de areia do cone (Pc). Para determinação do peso de areia do furo (Paf) aplica-se a Equação 27. Paf = Pif Pff Pc (27) 164

165 Onde: Paf = Peso de areia do furo Pif = Peso inicial do funil Pff = Peso final do funil Pc = Peso de areia do cone (28) Para determinação do volume do furo (Vf) utiliza-se a densidade da areia conforme Equação Vf =Paf / areia (28) Onde Vf = volume do furo areia = densidade da areia Por fim, a densidade úmida de campo será o Pu do furo (Pu) divido pelo (Vf) Equação 29, e com o teor de umidade obtido com algum procedimento anteriormente descrito temos a densidade seca ( campo) da camada compactada. seca = Pu / Vf * Fc (29) Método nuclear Esse procedimento se assemelha bastante ao procedimento de determinação de umidade acima descrito. Entretanto, salienta-se novamente que é necessária a calibração Grau de compactação O grau de compactação é a relação da densidade de campo ( campo) pela densidade de laboratório ( laboratório), Equação (30). (30) Tratamento estatístico de conformidade para aceitação A Especificação técnica ET-DE-P00/015 (2005) - Sub-Base ou Base de Solo Arenoso Fino de Comportamento Laterítico SAFL do DER-SP, apresenta, o teor de umidade, a determinação da massa específica aparente seca, in situ, e o respectivo grau de compactação, a ser realizado a cada 150 m2 de pista compactada. O procedimento consiste em duas formas: a) Através da comparação direta entre os resultados individuais obtidos com o limite inferior (ou superior) especificada LIE (LSE). b) Com análise estatística unilateral com emprego da Equação 31: (31) Onde: X = valor individual determinado, 165

166 X barra = média aritmética, K = coeficiente tabelado em função do número de amostras (análise de no mínimo 4 e no máximo 10 amostras), S = desvio padrão e, LIE = limite inferior especificado Ou ainda, com análise estatística bilateral, somado a equação 31 a Equação 32 (32) Para as condições de aceitação, tanto para as condições unilateral como bilateral, aplicam-se as Equações 33 a 36. (33) (34) (35) (36) A aplicação dessas equações implica na adoção de um fator K, correspondentes ao número N de amostras (Tabela 14). Tabela 14 Valores de K N K N K N K 4 0, , ,67 5 0, , ,66 6 0, , ,64 7 0, , ,63 8 0, , ,60 9 0, ,69 0, Escavação, transporte e compactação Escavação, carregamento e transporte consistem em operações recorrentes da implantação da via. Através do levantamento topográfico da geometria do terreno, verifica-se a necessidade, em função do projeto, os locais que deverão ocorrer corte de solo e locais de aterro. Normalmente, tem se a necessidade de solo oriundo de outros locais, dai o nome de caixa de empréstimo, nesses casos, o transporte é a atividade mais onerosa. Caso ocorra corte de solo em excesso, esse material será transportado para um local apropriado denominado de bota fora. Os serviços referentes a cada etapa: escavação e transporte consiste, normalmente, em medições distintas. A medição do volume escavado é feita cubicando-se no talude o volume escavado, já 166

167 para o transporte, a medição é feita por volume x km transportado, considerando-se como mínima distância para medição de 10 dam (100 m), conforme Especificação Técnica ET-DE-Q00/002 (2006) Escavação e carga de material. Entretanto, é comum depararmos com condições em que no custo do transporte já esteja incluso a atividade de escavação Empolamento Empolamento (TE) é uma propriedade característica dos solos, que somente é considerada quando da necessidade de transporte de solo. Tem-se como sinônimo de empolamento a expansão volumétrica. O valor e expresso como taxa de empolamento, normalmente, em porcentagem e a determinação é função da relação entre as densidades naturais e a densidade solta, trataremos nessa apostila como densidade de transporte ( t), Equação 37: (37) Onde: TE = taxa de empolamento (%) n = densidade natural (g/cm3) t = densidade de transporte (g/cm3) O solo nas condições de terreno natural se encontra com um dado volume denominado de volume natural (Vn) e que, por conseguinte, apresenta densidade denominada de massa específica aparente natural ( n), essa condição é função do seu próprio processo de formação geológica. Após o seu desmonte, assume, portanto, volume solto Vt maior do que aquele em que se encontrava em seu estado natural Vn e consequentemente, com uma massa específica aparente solta, denominada de massa específica aparente de transporte ( t) correspondente ao material solto, obviamente, menor do que massa específica aparente natural ( n). Observe-se que a massa de solo no talude de corte é a mesma massa quando ocorre o desmonte. O que muda é o volume da massa de solo, e consequentemente, muda a massa específica aparente em que o solo se encontra, assim, pode-se assegurar a igualdade da Equação 38: (38) Onde: M = massa úmida de solo n = massa específica aparente natural Vn = volume no estado natural t = massa específica aparente de transporte (ocasionado pelo empolamento) Vt = volume de transporte Somando-se as atividades de escavação e transporte o espalhamento e compactação do solo como camada de pavimento, pode-se, afirmar que o volume de solo compactado (Vc) x a massa específica aparente úmida de campo u iguala-se a M, Equação 39: (39) 167

168 Onde: u = massa específica aparente úmida de campo Vc = volume de campo Exercício resolvido: Em uma implantação de rodovia estavam executando uma camada de sub-base com solo entre as estacas 421 e 457. O material da jazida Mão Pelada escolhido apresentou massa específica aparente seca aparente = 1,59 g/cm3 e umidade ótima = 18,2%. A largura da plataforma de 12 m. A camada de sub-base com 40 cm em duas camadas de 20 cm cada. Assumindo-se o custo de escavação R$ 0,85 para cada m3, distância de transporte de m e o custo de compactação R$ 295,00 para 40 m3 compactado, determinar o custo para execução do serviço de compactação. Dados: Jazida Mão Pelada n = 1,1 g/cm3 TE = 27,5% s = 1,59 g/cm³ w ót = 18,2% u = 1,88 g/cm³ Resolução: Determinação do volume de solo necessário da camada compactada: Extensão = = 36 estacas = 36 * 20 m = 720 m Volume = 720 m * 12 m * 0,40 m = 3456 m3 Determinação da densidade de transporte equação 36 27,5% = (1,1/ t-1)*100 t = 0,862 g/cm3 Volume transportado (Vt) u *Vc = t * Vt Vt = 1,88 * 3456 / 0,862 Vt = 7537 m3 Volume de escavação (Vn) u *Vc = n * Vn Vn = 1,88 * 3456 / 1,1 Vn = 5907 m3 Determinação do custo das operações: escavação, transporte e compactação (Tabela 15). Tabela 15 Determinação do custo Jazida Mão Pelada - TE = 27% Serviços Custo unitário Parâmetros do solo Volume Custo R$ R$ unidade Massa esp. Aparente total m³ un. R$ Escavação 0,85 m³ nat 1,1 g/cm³ ,95 Transporte 2,58 m³/km t 0,862 g/cm³ ,38 Compactação 295,00 200m²/0,2 m u 1,88 g/cm³ , ,00 Distância de transporte = m Total (R$) 76011,33 168

169 Exercício: Em uma implantação de rodovia estavam executando uma camada de sub-base com solo entre as estacas 657 e 687. Foram analisadas 3 jazidas com potencial de ser utilizada, com as seguintes características: Custo de Distância de TE nat s wót Jazida escavação transporte (%) (g/cm³) (g/cm³) (%) (R$) (m) Sarue 31 1,21 1,65 17,8 0, Pau dágua 33 1,18 1,68 16,1 0, Caninana 27 1,16 1,74 13,6 0, A largura da plataforma a ser executada era de 16 m. A camada de sub-base com 40 cm em duas camadas de 20 cm cada. Assumindo-se para as 3 jazidas o custo de transporte de R$ 0,95 para cada m³/km e o custo de compactação R$ 295,00 para 40 m3 compactado, determinar qual jazida apresenta o menor custo para execução do serviço de compactação. Serviços Jazida: - TE = 7% Custo unitário Parâmetros do solo Volume Custo R$ R$ unidade Massa esp. Aparente total m³ un. R$ Escavação m³ nat g/cm³ Transporte m³/km t g/cm³ Compactação 200m²/0,2 m u g/cm³ Distância de transporte = m Total (R$) Jazida: - TE = 7% Serviços Custo unitário Parâmetros do solo Volume Custo R$ R$ unidade Massa esp. Aparente total m³ un. R$ Escavação m³ nat g/cm³ Transporte m³/km t g/cm³ Compactação 200m²/0,2 m u g/cm³ Distância de transporte = m Total (R$) Jazida: - TE = 7% Serviços Custo unitário Parâmetros do solo Volume Custo R$ R$ unidade Massa esp. Aparente total m³ un. R$ Escavação m³ nat g/cm³ Transporte m³/km t g/cm³ Compactação 200m²/0,2 m u g/cm³ Distância de transporte = m Total (R$) 169

170 Estaca CONTROLE DE COMPACTAÇÃO DE CAMADA DE SOLO PELO MÉTODO DO FUNIL E AREIA Exercício resolvido CONTROLE TECNOLÓGICO DE UMIDADE PELO MÉTODO DA FRIGIDEIRA E DENSIDADE PELO MÉTODO DO FUNIL E AREIA COM ESPECIFICAÇÃO DE ACEITAÇÃO DE SERVIÇO PELO CRITÉRIO ESTATÍSTICO Parâmetros Especificação Critério de aceitação Limites n. Solo Teor de umidade P.úmido P.seco P água Teor W ótima = 20,5% + 1% e - 2% por compação direta s: 1,62 g/cm3 Espe GC 95% (g) (g) (g) (%) (g) (g) Pu Ps Análise estatística unilateral Massa esp. apaente da camada de controle Volume do furo Volume Pif (g) Pff (g) Paf furo (cm3) LIE 18,5% LSE < 21,5% s (g/cm3) CG Parâmetros estatísticos (Xi - Xmédia)^ ,93 135,61 29,32 21,6 1271, , , , ,10 689,24 1,52 0,94 0, ,06 146,06 33,00 22,6 1262, , , , ,52 651,92 1,58 0,98 0, ,06 123,82 28,24 22,8 1137,13 926, , ,92 931,94 593,59 1,56 0,96 0, ,83 175,28 34,55 19,7 1126,01 940, , ,78 952,83 606,90 1,55 0,96 0, ,17 165,06 33,11 20,1 1154,77 961, , ,71 949,42 604,73 1,59 0,98 0, ,86 171,17 33,69 19,7 1121,02 936, , ,69 918,96 585,32 1,60 0,99 0, ,15 142,06 28,09 19,8 1132,26 945, , ,07 939,15 598,18 1,58 0,98 0, ,87 142,68 30,19 21,2 1187,75 979, , ,29 967,66 616,34 1,59 0,98 0, ,18 163,58 32,60 19,9 1209, , , , ,01 654,78 1,54 0,95 0, ,49 155,56 31,93 20,5 1222, , , , ,25 672,13 1,51 0,93 0, s da areia= 1,57 g/cm3 0,96 0,0033 Pc = 794,32 g D. Padrão (S) 0,0193 0,95 Estacas fora da especificação de umidade: 235 e 236 Critério estatístico para o GC (X ) aceito ( ) rejetado 170

171 Estaca Exercício 1 CONTROLE TECNOLÓGICO DE UMIDADE PELO MÉTODO DA FRIGIDEIRA E DENSIDADE PELO MÉTODO DO FUNIL E AREIA COM ESPECIFICAÇÃO DE ACEITAÇÃO DE SERVIÇO PELO CRITÉRIO ESTATÍSTICO Parâmetros Especificação Critério de aceitação Limites n. Solo Teor de umidade P.úmido P.seco P água Teor W ótima = 10,5% + 1% e - 2% por compação direta LIE LSE < s: 1,95 g/cm3 Espe GC 98% (g) (g) (g) (%) (g) (g) ,64 63, , , , ,15 77, , , , ,39 50, , , , ,01 108, , , , ,05 96, , , , ,30 103, , , , ,15 68, , , , ,18 71, , , , ,06 94, , , , ,56 85, , , ,66 Estacas fora da especificação de umidade: Critério estatístico para o GC ( ) aceito ( ) rejetado Pu Ps Análise estatística unilateral Massa esp. apaente da camada de controle Volume do furo Volume Pif (g) Pff (g) Paf furo (cm3) s da areia= Pc = 1,54 g/cm3 901,67 g s (g/cm3) D. Padrão (S) CG Parâmetros estatísticos (Xi - Xmédia)^2 171

172 Estaca Exercício 2 CONTROLE TECNOLÓGICO DE UMIDADE PELO MÉTODO DA FRIGIDEIRA E DENSIDADE PELO MÉTODO DO FUNIL E AREIA COM ESPECIFICAÇÃO DE ACEITAÇÃO DE SERVIÇO PELO CRITÉRIO ESTATÍSTICO Parâmetros Especificação Critério de aceitação Limites n. Solo Teor de umidade P.úmido P.seco P água Teor W ótima = 11,3% + 1% e - 2% por compação direta LIE LSE < s: 1,82 g/cm3 Espe GC 95% (g) (g) (g) (%) (g) (g) ,48 135, , , , ,61 149, , , , ,61 126, , , , ,38 175, , , , ,72 165, , , , ,41 171, , , , ,70 143, , , , ,42 142, , , , ,73 163, , , , ,04 155, , , ,06 Estacas fora da especificação de umidade: Critério estatístico para o GC ( ) aceito ( ) rejetado Pu Ps Análise estatística unilateral Massa esp. apaente da camada de controle Volume do furo Volume Pif (g) Pff (g) Paf furo (cm3) s da areia= Pc = 1,65 g/cm3 810,4 g s (g/cm3) D. Padrão (S) CG Parâmetros estatísticos (Xi - Xmédia)^2 172

173 ANEXO - I 173

174 37 a REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO 11 o ENCONTRO NACIONAL DE CONSERVAÇÃO RODOVIÁRIA 37 a RAPv / 11 o ENACOR GOIÂNIA/GO - BRASIL - 08 a 11 de agosto de 2006 Local: Centro de Convenções de Goiânia M-MCV SIMPLIFICADO - CÁLCULO DO COEFICIENTE C UMA ABORDAGEM DIDÁTICA Edson de Moura 1 ; Walter Canales Sant Ana 1 & Liedi Bariani Bernucci 1 1 PTR-EPUSP Av. Prof. Almeida Prado trav.2 Cidade Universitária São Paulo SP Tel: (011) ou Fax: (011) edmoura@usp.br; liedi@usp.br 174

175 RESUMO Dentre os vários ensaios que compõe a metodologia MCT Miniatura Compactado Tropical, o ensaio M-MCV, baseado no original de Parsons, propicia o cálculo de vários parâmetros com os quais classificam-se os solos tropicais, especialmente com a finalidade de uso em camadas compactadas de pavimentos. O parâmetro c da classificação MCT corresponde a uma avaliação da graduação combinada com a coesão, e o parâmetro e a uma avaliação do caráter ou comportamento laterítico. Na idealização do ensaio foi utilizada a seqüência de golpes de Parsons, que constitui duas progressões geométricas intercaladas, de acordo com a norma DNER ME-258/94. O c é o coeficiente angular da curva de deformabilidade que define o MCV mais próximo ao golpe de número 10. Este trabalho discute o procedimento apresentado por Nogami e Villibor (2003), denominado de método simplificado para determinação do coeficiente c, que se baseia em uma seqüência de golpes diferente da Parsons, simplificando a operação do ensaio e apresentando outro modo de se obter o c. Na nova conceituação, o critério de parada dos golpes de soquete é quando a diferença de leituras consecutivas, correspondentes a um número de golpes pré-determinado, for inferior a 0,05mm/golpe. Essa nova seqüência propicia um menor número de golpes aplicados no corpo-de-prova. Este trabalho é endereçado aos que se iniciam na MCT ou mesmo nesse novo método, pois busca de forma simples e objetiva mostrar seus passos e explicar o significado e obtenção detalhada dos coeficientes para classificação dos solos pela MCT. Apresenta-se ainda a seqüência completa, pelo método simplificado, para classificação de três solos: LA, LG e NA. PALAVRAS-CHAVE: MCT, Mini-MCV, Solos Lateríticos, pavimentos ABSTRACT Among several tests concerning MCT methodology Miniature Compacted Tropical, the M-MCT test, based on the Parsons original experiment, provides the calculation of several parameters that classify tropical soils, specially aiming at the use of the results in compacted layers of pavements. The parameter c of MCT classification is related to the evaluation of the soil granulation combined with cohesion, and the parameter e to the evaluation of lateritic character or behaviour. For this test it was employed the Parsons sequence blows, which consists on two interspersed geometric progressions, according to DNER ME-258/94. C is the angular coefficient from the deformability curve that defines the MCV nearest to the tenth blow. This work discusses the procedure presented by Nogami and Villibor (2003), called simplified method to obtain c coefficient, which is based on a different blow sequence from Parsons, simplifying the test operation and presenting another way to obtain this coefficient. In the new concept, the criterion for stopping the blows is when the difference between two consecutive measurements, corresponding to a predetermined number of blows, is lower than 0,05mm/blow. This new sequence provides a less number of blows applied to the specimens. This work may be suitable for the MCT beginners or even those who is interested in this new method, since it looks for a simple and objective manner of showing its steps and for an explanation of the meaning and calculation of the coefficients and parameters of MCT soil classification. It is also presented a full procedure, according to the simplified method, to classify three kinds of soils: LA, LG, NA. KEY-WORDS: MCT, Mini-MCV, Lateritic soils, pavements. INTRODUÇÃO 1 UEMA / PTR-EPUSP Cidade Universitária Paulo VI Tirirical São LuísMA waltersantana@cct.uema.br 175

176 A classificação dos solos através de propriedades índices tornou-se uma prática no meio rodoviário, destacando-se a classificação rodoviária utilizada extensivamente por todos os técnicos que atuam em projetos e obras rodoviárias. No entanto, as classificações utilizadas foram desenvolvidas em países de climas temperados e, assim, tomam como base o comportamento dos solos que se desenvolveram naquelas regiões. Vários casos foram constatados ao longo dos últimos 50 anos nos quais as classificações de solos inferem o comportamento geotécnico real de solos tropicais, formados sob atuação de clima quente e úmido. Os professores Nogami e Villibor, em 1981, apresentaram a metodologia MCT (Miniatura, Compactado e Tropical) aplicada às finalidades rodoviárias, aos solos tropicais e para a minimização de quantidades de materiais e tempos despedidos nos ensaios tradicionais [1]. Apesar de conhecida ou normalizada por alguns órgãos rodoviários brasileiros, pode-se dizer que ela ainda não está totalmente disseminada, por motivos que podem ser: a simples resistência à mudança, visto que a classificação rodoviária, além de muito conhecida pela comunidade técnica rodoviária, utiliza-se de ensaios e equipamentos simples; falta de conhecimento de alguns órgãos rodoviários ou universidades brasileiras da existência de classificação para solos tropicais; aplicação da metodologia aos solos finos, mais de 90% devem passar na peneira de 2,0 mm; maior complexidade na realização dos ensaios e obtenção dos resultados em relação às práticas já existentes, sendo talvez este o maior obstáculo. Este trabalho trata, portanto, de contribuir para o esclarecimento de alguns tópicos práticos que possam se encontrar ainda não esclarecidos e ainda reforçar as últimas simplificações introduzidas [2] de maneira a facilitar a execução dos ensaios e a obtenção e entendimento de seus resultados. A METODOLOGIA MCT Definições Em linhas gerais a metodologia MCT: a) considera menores quantidades de solos para ensaios, utilizando corpos-de-prova miniatura com 50 mm de diâmetro (M); b) classifica os solos na condição que serão solicitados nas camadas de pavimento, ou seja, compactados (C); c) prioriza para classificar as peculiaridades dos solos das regiões tropicais (T). Entende-se por solos tropicais aqueles que apresentam peculiaridades de propriedades e de comportamento em relação aos solos não-tropicais, em função da atuação de processos geológicos e/ou pedológicos, típicos das regiões tropicais úmidas. Os solos tropicais dividem-se em lateríticos e saprolíticos [3]. Os solos lateríticos são entendidos como aqueles que pertencem principalmente ao horizonte B de perfis bem drenados, desenvolvidos sob atuação de clima tropical úmido. A sua fração argila é constituída essencialmente de argilo-minerais do grupo das caulinitas e de óxidos hidratados de ferro e/ou alumínio, formando esses componentes, estruturas porosas e agregações altamente estáveis. Já os solos saprolíticos resultam da decomposição in situ da rocha, mantendo de maneira nítida sua estrutura [3]. Os solos lateríticos apresentam notadamente uma irreversibilidade parcial ou total adquirida de propriedade após perda de água, ou seja, seu comportamento é pouco afetado quando novamente submetido à ação d água [4], são solos que apesar de plásticos, não expandem ou expandem pouco em presença de água. No passado foi bastante utilizada a relação sílica-sesquióxidos ( SiO2 / Al2O3 Fe2O < 2,0) como parâmetro definidor 3 de solos lateríticos. Porém, alguns solos não-lateríticos também podem apresentar valores nessa faixa, o que somado ao excesso de regentes para realização do ensaio não tem tornado prática sua utilização [1]. Ensaios da Metodologia MCT Vários são os ensaios compreendidos pela metodologia MCT, sendo que neste trabalho serão enfocados aqueles necessários para a classificação do solo. Os ensaios da MCT podem ser resumidos conforme o Tabela 1. Tabela 1 Resumo dos ensaios MCT, Nogami & Villibor (1995) 176

177 OBJETIVO ENSAIO DESCRIÇÃO Classificação do Solo Compactação (Densidade máx. e hót.) Capacidade de Suporte Suscetibilidade ao Trincamento Suscetibilidade à infiltração de água sem carga hidrostática Suscetibilidade à percolação de água com carga hidrostática Mini-MCV Perda de água por imersão Mini-Proctor Mini-CBR Contração Sorção (Infiltrabilidade) Permeabilidade - Preparo de cp s com teores de umidade diferentes, compactados em uma única face, segundo uma determinada série de golpes (Parsons ou Simplificada) - Traçado das curvas de compactação e deformabilidade para obtenção dos coeficientes d e c, sendo d utilizado para o cálculo do e. - Imersão dos cp s obtidos no ensaio mini-mcv para obter o coeficiente PI parâmetro utilizado para o cálculo do e. - Preparo de corpos-de-prova com 5 teores de umidade (utilizando energia normal, intermediária ou modificada). Esta etapa é geralmente utilizada para a preparação de cp s para ensaios de mini-cbr, contração, sorção e permeabilidade, pois se utiliza o mesmo procedimento. Os corpos-de-prova possuem diâmetro de 50,0mm e altura de 50 mm +/- 1,0mm - Traçado da curva de compactação para obtenção do γ s,max e h ót. - Cp s preparados no ensaio mini-proctor, com 5 teores de umidade - Imersão por 24 horas dos cp s (Mini-CBR imerso ). Mede-se a altura do cp antes e após a imersão para obtenção da expansão (axial em %) - Separar outra série de cp s (Mini-CBR sem imersão ) - Levar as duas séries de cp s para a prensa onde será procedida a penetração do pistão padrão (diâmetro de 16,0 mm) à velocidade constante. - Traçado das curvas tensão x penetração e obtenção do Mini-CBR - Cp s preparados no ensaio mini-proctor, com 5 teores de umidade - Levá-los aos suportes com extensômetro, para perda de umidade até sua constância de massa. - Medir periodicamente a variação de altura dos corpos-de-prova. - Obtenção da contração (axial em %). - Levar os cp s preparados no ensaio mini-proctor, com 5 teores de umidade às bases com pedra porosa - Medir periodicamente a variação da frente úmida - Traçado das curvas vazão de infiltração x (raiz do tempo) e obtenção do coeficiente de sorção - Cp s preparados no ensaio mini-proctor, com 5 teores de umidade - Saturação dos corpos-de-prova - Levá-los às bases c/ pedra porosa e ligá-los aos permeâmetros de carga variável - Medir periodicamente a variação no permeâmetro - Traçar as curvas de altura de nível d água na bureta x tempo - Obtenção do coeficiente de permeabilidade É comum confundir MCT (miniatura, compactado, tropical), que é toda a metodologia, com M-MCV, do ensaio Mini- MCV (miniature moisture condition value), que é um dos ensaios que compõem a metodologia, como visto no quadro 1. A Classificação MCT A classificação MCT considera que os solos tropicais encontram-se separados em 2 grandes grupos: os de comportamento laterítico e os de comportamento não-laterítico, designados pelas letras L (Laterítico) e N (Não- Laterítico), respectivamente. A segunda letra que define o tipo de solo está relacionada à fração granulométrica predominante, ou seja, A (Areia), A (Arenoso), S (Siltoso) ou G (Argiloso). A definição dos sub-grupos MCT depende de coeficientes obtidos nos ensaios mini-mcv (c, d ) e Perda de Massa por Imersão (Pi).Com d e Pi obtém-se o índice e = 20 Pi. Finalmente, com c e e entra-se no gráfico que define 3 d' 100 o sub-grupo MCT (Figura 1). Os procedimentos para obtenção dos coeficientes serão detalhados na seqüência do trabalho. 177

178 índice e' Figura 1 Gráfico para classificação MCT Uma alteração de caráter visual proposta por Nogami e Villibor (2003) no gráfico da Figura 1 é a modificação do do eixo do índice e agora decrescente, o que proporciona o posicionamento das classes solos lateríticos sobre os nãolateríticos, assemelhando-se ao que ocorre nos perfis geotécnicos (Figura 2) ,15 LA LA' LG' NA' ,68 NA NG' 1.7 NS' , ,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,7 2,0 2,2 2,5 3 ENSAIO M-MCV Coeficiente c Figura 2 Novo gráfico para classificação MCT proposto por Nogami e Villibor (2003) Preparo da amostra para o ensaio de M-MCV As amostras devem ser preparadas conforme descrito no item 7 da norma DNER-ME 258/94. Recomenda-se nessa norma que as porções tenham umidades sucessivamente crescentes (5 pontos) com espaçamentos diferentes conforme a natureza do solo e que sejam preparadas com antecedência de 24 horas ao ensaio. Trata-se de uma tarefa de difícil realização para laboratorista com pouca experiência. Uma maneira de minimizar eventuais erros nessa etapa é a pesagem da massa de água a ser adicionada à amostra seca, uma vez que a porção de solo é pequena (300g), se comparada com ensaios tradicionais de compactação. As umidades das cinco porções de solo a serem preparadas devem necessariamente estar compreendidas dentro dos limites normalmente utilizados para a curva de compactação. O primeiro ponto, o mais seco, quando firmemente comprimido com a mão, deve ser capaz de formar torrão e, facilmente, ser esfarelado. No outro extremo, tem-se o quinto ponto, o mais úmido, quando a amostra umedecida não deve manchar a mão (em demasia). Compactação Os moldes metálicos, de 50 mm de diâmetro interno e 130 mm de altura, devem apresentar uma superfície interna lisa sem irregularidades localizadas. É necessário que estejam limpos e com uma fina camada de vaselina com finalidade lubrificante, para que, ao se extrair o corpo-de-prova, esse não sofra alterações devido ao atrito com a parede interna do molde cilíndrico. A vaselina deve ser passada com um pincel e o excesso deve ser removido com um papel ou pano. 178

179 Outro cuidado a ser tomado é a utilização de anéis de vedação, um no topo da amostra e outro na base, pois, impede que na compactação ocorra extrusão de material entre a parede interna do molde e a parede lateral da base do soquete. A não utilização do anel faz com que parte da energia de compactação seja dissipada no atrito entre a base do soquete e o molde, além de desgastar consideravelmente o equipamento. O anel mais indicado é o de seção triangular, em aço inoxidável, de maneira que um dos catetos do anel fique em contato com a parede do molde e o outro cateto com a base do equipamento (parte inferior) ou do soquete (superior). Antes de uma jornada de trabalho deve-se aferir o aparelho de compactação conforme descrito no item 5 da norma DNER-ME 258/94. Essa aferição resulta numa constante que permite determinar a altura do corpo-de-prova em qualquer estágio de compactação, através da leitura do extensômetro subtraída desta constante. Para iniciar a compactação, toma-se o molde metálico cilíndrico, ajusta-se o anel de vedação na parte inferior com a parte chanfrada para cima, colocando o conjunto sobre a base fixa do aparelho, já estando sobre a mesma um disco de polietileno (plástico). Um par de suportes meia cana adjacentes à base fixa suportam inicialmente o molde. Posicionado o molde, coloca-se 200g de massa úmida (anteriormente preparada) com auxílio de funil, sendo que essa porção de solo deve ser levemente acomodada dentro do molde, com uma haste fina, de maneira que não existam perdas ao se tirar o funil. Iniciada a compactação, após o primeiro golpe, devem ser removidos os suportes em meia-cana e o molde deve ser deslocado com as mãos, aproximadamente, 4cm para baixo, deslizando pela base fixa. Nessa condição, para os golpes subseqüentes, a distribuição da energia no corpo-de-prova será mais eficiente. São dois procedimentos de compactação para a determinação da classificação dos solos. Na concepção da metodologia, a seqüência de golpes utilizada foi a Parsons, denominando-se o ensaio de M-MCV convencional. O outro procedimento de compactação para classificação dos solos, apresentado em [2], adotou uma nova seqüência de golpes denominandose o ensaio, de M-MCV simplificado. Neste trabalho, os autores optaram por abordar somente o procedimento referente à nova seqüência de golpes. A seqüência de golpes é: 2, 4, 6, 10, 20, 40, 60, 80, 100,..., e, como mencionado anteriormente, os golpes são acumulativos, ou seja, aplicam-se inicialmente dois golpes e efetua-se a leitura referente ao 2 o golpe. Na sequência dáse mais dois golpes efetuando-se a leitura referente ao 4 o golpe. Aplicam-se mais dois golpes e faz-se a leitura referente ao 6 o golpe e assim por diante. O critério de parada da compactação diferencia-se bastante do método M-MCV convencional (série de Parsons). Cessase a compactação quando a diferença entre duas leituras consecutivas for inferior a 0,05 mm vezes o número de golpes entre essas duas leituras. Por exemplo, cessa-se a compactação no sexto golpe se a diferença de leituras após o sexto golpe e aquela efetuada após o quarto golpe for igual ou inferior a 0,1mm (2 x 0,05mm). Outro fator para cessar a compactação é quando houver exsudação d água. Curvas de Deformabilidade De posse das leituras (alturas) referentes aos cincos corpos-de-prova, determinam-se os valores de A n. Toma-se como referência a última leitura (altura) correspondente ao último golpe acumulado aplicado no corpo-de-prova. A partir dela são subtraídas cada uma das leituras anteriores, obtendo-se um A n para cada golpe da seqüência simplificada. onde: A n = L f L i, A n = diferença de leituras/alturas L f = leitura final (último golpe) L i = leitura correspondente ao golpe i (golpes anteriores) 179

180 As curvas de deformabilidade são obtidas através da união dos pontos plotados em gráfico mono-log, onde o eixo das abcissas (escala logarítmica) corresponde ao número de golpes e o eixo das ordenadas corresponde ao A n (escala linear). Quando essas curvas cruzam uma reta de equação A n = 2,00 mm paralela às abcissas, diz-se que o solo (naquela umidade) definiu Mini-MCV. Para se determinar o valor de Mini-MCV nesta situação aplica-se a fórmula: Mini-MCV = 10log(n), onde n é o número de golpes correspondente à interseção da curva de deformabilidade com a reta definida por A n = 2,00mm. Obtenção e significado do coeficiente c É obtido a partir da curva de deformabilidade que define o Mini-MCV mais próximo de 10, ou seja, a curva cuja projeção da interseção com a reta de equação A n= 2mm no eixo de abcissas é mais próxima de 10. Definida esta curva, unem-se seus pontos de interseção com A n= 2mm e A n= 7mm, formando uma reta da qual se extrai o coeficiente angular que é o próprio coeficiente c. Figuras 04, 05 e 06. O coeficiente c indica uma combinação da graduação com a coesão, expressa por um deformabilidade, traduzindo o efeito da granulometria e da coesão do solo observado na compactação e não a distribuição granulométrica propriamente dita determinada em ensaio granulométrico por peneiramento e sedimentação. Observe-se que as leituras de um solo argiloso apresentam um gradiente entre elas relativamente alto se comparado com um material arenoso (granular), logo, os valores de A n (diferenças entre as leituras) para um solo argiloso apresentam-se superiores aos valores de A n para os solos arenosos. As curvas de deformabilidade de solos argilosos são mais verticais que as curvas dos solos arenosos e por conseguinte das areias. Deduz-se que o coeficiente c das argilas são elevados com valores superiores a 1,5 (retas muito inclinadas), já para as areias ou siltes não coesivos costumam ser inferiores a 1,0. Denota-se, portanto, a potencialidade de compressão dos materiais. Curvas de compactação Com as leituras medidas para cada estágio da série de golpes (2, 4, 6, 10, 20, 40...) obtém-se as alturas correspondentes dos corpos-de-prova e daí os seus volumes. Assim, calculam-se as massas específicas aparentes secas (massa de solo seco/ volume do corpo-de-prova) para cada estágio da série de golpes em todas as umidades de compactação. Assim são construídas as curvas de compactação para cada série de golpes (2,4,6,10,20,40...), que podem apresentar os seguintes formatos (Nogami e Villibor, 1995): picos bem acentuados e ramo seco retilíneo de inclinação acentuada, caracterizando as areias argilosas bem graduadas. A inclinação do ramo seco será ainda mais acentuada se a argila presente for de natureza laterítica; picos bem acentuados e ramo seco retilíneo de inclinação menos acentuada, caracterizando as argilas lateríticas; picos pouco acentuados e ramo seco com algum encurvamento, característicos de siltes saprolíticos e areias pouco ou não coesivas. Obtenção e significado do coeficiente d Entre as curvas de compactação desenhadas, o cálculo do coeficiente d é baseado na curva referente ao golpe 10, pois esta melhor representa as condições de compactação no campo. Calcula-se a inclinação da reta que une dois valores de densidade, localizados no ramo seco da curva de compactação, nas proximidades da massa específica aparente seca máximo. Utiliza-se a umidade em % e a massa específica em kg/m 3 para facilitar o cálculo do coeficiente e que será visto adiante. Figuras 04, 05 e 06. O coeficiente d é um indicativo do comportamento laterítico do solo. Os solos de comportamento laterítico apresentam micro-estrutura em forma de pipoca que facilitam um ganho elevado de densificação, no ramo seco da curva de compactação, se comparado com solos que não são de comportamento laterítico [6]. No ramo seco de uma curva de compactação, o ganho de densidade de um solo de comportamento laterítico entre o ponto mais seco (primeiro) e o segundo ponto (+ 2% ou 3% de umidade) é tanto mais elevado quanto mais evidente o comportamento laterítico. Já nos solos de comportamento não laterítico, o ganho de densidade é relativamente baixo (solos siltosos, d < 5, argilas d < 10, em geral). Observe-se que os pontos tomados para cálculo devem estar localizados próximos da densidade máxima [6]. Pi Perda de Massa por Imersão Este ensaio, especificado na norma DNER-ME 256/94, verifica a estabilidade que o solo apresenta em presença de água, depois de compactado. O ensaio tem a finalidade de acentuar a diferença entre um solo laterítico e não-laterítico quando existem semelhanças no ramo seco da curva de compactação (d ) [6]. Sabe-se que os solos lateríticos que possuem coesão em presença d água apresentam valores de Pi baixos, muitas vezes chegando a 0%. Sabe-se também que solos que não possuem coesão ou possuem baixa coesão podem apresentar valores de Pi elevados, chegando até na ordem de 300%. Apesar deste ensaio ser bastante afetado pela coesão que o solo possui, este ensaio não tem a propriedade de medir a coesão dos solos. O importante é a manutenção da coesão em presença de água que é avaliada neste caso. 180

181 O procedimento do ensaio se dá após o término da compactação, quando os moldes com os corpos-de-prova devem ficar em repouso por 2 horas com o objetivo de estabilização das tensões internas ao corpo-de-prova geradas com a compactação. Durante esse período, os moldes devem ser cobertos com um pano úmido para se evitar a perda de umidade de compactação dos corpos-de-prova. Em seguida, retiram-se os discos de polietileno e os anéis de cada molde e com um calço de madeira (diâmetro em torno de mm e altura na ordem de 90 mm), deslocam-se 10 mm do corpo-deprova para fora do molde. Normalmente para esta operação nos pontos de compactação mais secos se faz necessário o uso do extrator acoplado ao equipamento de compactação, devido à elevada resistência ao atrito que o solo oferece em contato com a parede interna do molde. Qualquer uma das faces do corpo-de-prova pode ser escolhida para ficar com a saliência de 10mm em relação ao molde, pois com o processo de compactação adotado, explicado anteriormente, em que o molde fica flutuante, o corpo-de-prova recebe energia praticamente igual em ambas as faces. Em um recipiente estanque com dimensões apropriadas para alojar os cinco moldes (um para cada ponto da compactação) juntamente com cinco cápsulas, devem-se dispor os moldes deitados na horizontal e apoiados em berços conforme croqui apresentado na Figura 3 com cerca de 20 a 30 mm de altura, podendo esses berços ser de maneira e que a saliência de 10mm fique posicionada sobre cápsula para coleta do material que se despreender. Molde Corpo-de-prova Saliência de 10 mm do corpo-de-prova Tanque Berço Cápsula Figura 3 - Esquema do tanque para determinação do Pi Conforme os procedimentos da norma DNER-ME 256/94, após o posicionamento de moldes e cápsulas, o tanque deve ser inundado de água gradualmente de maneira que esta não entre em contato com os solos deslocados de modo brusco, o que poderia causar erros no ensaio, principalmente de solos com características siltosas. Recomenda-se que se faça um croqui de como ocorreu a perda de massa, tanto da porção remanescente no molde como também a parte precipitada na cápsula. Para esta deve ficar claro se o solo esfarelou, se caiu em pedaços ou num único bloco. Este último caso implicará na adoção de um fator de redução (Fr = 0,5) no cálculo de Pi, minimizando o seu efeito no cálculo de e, pois provavelmente no deslocamento do corpo-de-prova ocorreram fissuras que propiciaram a perda em um único bloco. Nos outros casos adota-se Fr = 1,0. O Pi ( Msd x 100 ) xfr) é a relação percentual entre a massa seca desprendida e a massa seca saliente. A massa seca desprendida (M sd) é obtida Mss diretamente da massa resultante na cápsula após a secagem em estufa a 105ºC-110ºC. A massa seca saliente (M ss) é obtida através da relação proporcional entre massa total seca do corpo-de-prova (M st) e o volume total (área da base x altura final do corpo-de-prova) e massa seca saliente e o volume saliente (área da base x 10mm). Dessa relação resulta a expressão: MstxAb x10 Mss. A xh No caso de solos siltosos, pode-se ter valores de Pi superiores a 300%, bastando que a quantidade de massa desprendida seja o triplo da massa seca da saliência de 10 mm. Os Pi s obtidos para cada ponto de compactação são plotados no mesmo gráfico da curva de deformabilidade (Pi como eixo de ordenadas secundário), sendo que os valores correspondentes de abcissas (número de golpes) são determinados onde a curva de deformabilidade respectiva definiu o mini- MCV mais próximo de 10. Traça-se a curva Pi. Figuras 04, 05 e 06. O valor Pi usado na classificação do solo é aquele definido pela interseção da curva Pi com a reta do golpe 10 ou golpe 32. A reta do golpe 10 é usada quando o corpo-de-prova compactado apresenta baixa densidade (altura final do corpo-de-prova correspondente ao teor ótimo de umidade ou o ponto mais próximo é igual ou superior a 48,00 mm), e a reta do golpe 32 quando o solo apresenta alta densidade (idem, inferior a 48,00mm). Figuras 04, 05e 06. Obtenção e significado do coeficiente e 20 Pi Quanto ao coeficiente e = observe-se 3 que para solos de comportamento laterítico os valores de d são relativamente altos e os d' 100 valores de Pi baixos, o que resulta em valores de e baixos. Já para solos de comportamento não-laterítico tem-se o oposto, valores de d baixos e valores de Pi elevados, o que dá um resultado de e alto. O fato de se empregar a raiz cúbica da somatória algébrica de d e Pi está ligado a um ajuste visual do tamanho das áreas correspondentes aos solos lateríticos e não-lateríticos no gráfico de classificação (Figuras 1 e 2), objetivando-se que tenham a mesma proporção. Caso fosse utilizada a raiz quadrada, por exemplo, a área gráfica ocupada pelos solos não-lateríticos seria muito maior, o que poderia dar uma falsa impressão de potencialidade das ocorrências. Classificação do solo b t Com a obtenção dos coeficientes c e e para o solo ensaiado, utiliza-se o gráfico da Figura 2 (proposto em [2]) para determinar sua classificação MCT. Nos exemplos mostrados nas Figuras 4, 5 e 6 são classificados 3 tipos de solos de modo detalhado para que se possam dirimir dúvidas ainda existentes sobre os procedimentos descritos. 181

182 Comentários Finais Os ensaios da metodologia MCT (Tabela 1), se comparados aos ensaios convencionais de solos, apresentam um certo grau de complexidade tanto em sua realização como também em sua interpretação. Assim, os autores deste trabalho buscam familiarizar os iniciantes da MCT incentivando-os à leitura de trabalhos publicados anteriormente e à prática na realização dos ensaios para que possa compreender melhor os conceitos da metodologia. Agradecimentos À CAPES pela bolsa de doutorado concedida ao 2º autor do trabalho. Referências Bibliográficas [1] Bernucci, L.L.B. Considerações sobre o Dimensionamento de Pavimentos utilizando Solos Lateríticos para Rodovias de Baixo Volume de Tráfego. Tese de Doutorado apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo, [2] Nogami, J.S., Villibor, D.F. Modificações Recentes na Classificação MCT. 34ª Reunião Anual de Pavimentação. Associação Brasileira de Pavimentação. Campinas, [3] Committee on Tropical Soils of ISSMFE Peculiarities of Geotechnical Behaviour of Tropical Lateritic and Saprolitic Soils, Progress Report, , chapter 4.2.4, ABMS, São Paulo, [4] Godoy, H.;Bernucci, L.B. O Método das Pastilhas na Compreensão das Propriedades Geotécnicas Básicas dos Solos: Um Recurso Didático. XVI Congreso de Pesquisa e Ensino em Transportes, Natal, 2002 [5] Silva Jr, S.I. Estudo do Tratamento Antipó para Vias de Baixo Volume de Tráfego. Dissertação de Mestrado apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo, 2005 [6] Nogami, J.S.; Villibor, D.F. Pavimentação de Baixo Custo com Solos Lateríticos. Editora Vilibor, São Paulo,

183 1) São preparadas 5 porções de 300g de solo, sendo que 200g serão compactadas e o restante será colocado em 2 cápsulas para obtenção da umidade média. O +45, +40, +35, etc no solo 33267, por exemplo, refere-se à quantidade de água em gramas. A quantidade de água na preparação deve objetivar os 5 pontos de compactação (2 no ramo seco, 1 próximo da um. ótima, 2 no ramo úmido). 2) Como exemplo de obtenção de A n no solo 33267: A n= 43,78 (última leitura) 39,03 (leitura referente ao 2 o golpe) = 4,75 mm. A n= 43,78 (última leitura)- 43,27 (leitura referente ao 4 o golpe)= 0,51mm. 3) Na linha M-MCV, o número de golpes é obtido graficamente a partir da intersecção da curva de deformabilidade com a reta A n = 2 projetada no eixo das abcissas 4) No espaço de PI(%), as 3 primeiras linhas contém os dados das cápsulas e massas desprendidas e a 4ª linha traz o cálculo de PI. Como exemplo de cálculo para o 1 o ponto de PI do solo 33267, calcula-se a massa seca saliente (Mss), tomando a massa seca total (200x(100/(100+15,4))= 173,31) dividindo pelo altura final do corpo-de-prova (93,42 43,78= 49,64) resulta 3,49. Toma-se a massa seca desprendia (36,37) divide-se pelo valor anterior (3,49) e multiplica-se por 10= 104,17. 5) Abaixo das planilhas são apresentadas 3 tabelas das curvas de compactação para cada solo, que repetem parte dos dados das planilhas maiores, porém de modo apropriado para a elaboração dos gráficos em Excell. 6) O mesmo ocorre com os dados de PI para cada solo, abaixo das tabelas de compactação. 7) No procedimento normal de ensaio, utiliza-se uma planilha para anotação do ensaio M-MCV e outra para o ensaio de Pi. Após a coleta de todos os dados é digitada uma planilha similar a aqui apresentada (1 página por solo) para que a partir da mesma sejam feitos os gráficos de curvas de deformabilidade e compactação em Excell 183

184 Densidade Densidade Densidade CURVAS DE COMPACTAÇÃO - ENSAIO DE M-MCV - SIMPLIFICADO - solo CURVAS DE COMPACTAÇÃO - ENSAIO DE M-MCV - SIMPLIFICADO - solo Golpe 2 Golpe 4 Golpe 6 Golpe 10 Golpe 20 Golpe Golpe 2 Golpe 4 Golpe 6 Golpe 10 Golpe 20 Golpe Teor de Umidade (%) Teor de Umidade (%) CURVAS DE COMPACTAÇÃO - ENSAIO DE M-MCV - SIMPLIFICADO - solo Golpe 2 Golpe 4 Golpe 6 Golpe 10 Golpe 20 Golpe 40 1) Busca-se ajustar a reta para o cálculo de d no trecho mais íngreme do ramo seco e mais próximo do do ponto de densidade máxima, sem entretanto, incluir este ponto. 2) A curva do golpe 10 é escolhida pois é a que mais se aproxima da energia que o solo é compactado em campo para fins de pavimentação 3) O d alto no primeiro exemplo indica um solo com alto processo de laterização Teor de Umidade (%) Curvas de Compactação para 3 solos (33267, 34149, 34169) com indicações para obtenção do coeficiente d 184

185 185